УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НАЛЕДЕЙ И СОСУЛЕК
DEVICE TO REMOVE ICE CRUSTS AND ICICLES

Изобретение относится к наземному строительству, а именно к механическим устройствам для удаления сосулек и наледей на нижних кромках крыш промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Известны конструкции-аналоги, механические устройства для удаления сосулек и наледей со свесов кровли зданий по а.с. СССР №775268, включающие закрепленный прямо под нижней кромкой крыши трос или проволоку. Причем, трос-проволока закреплены по концам крыши, а именно на углах здания на одном конце двуплечих (двухконсольных) рычагов, другой конец которых соединен дополнительным тросом-проволокой с источником перемещений, например с дверями.
Работа конструкций аналога заключается в следующем. Во время интенсивного дневного снеготаяния, как правило, в весенний период, с нижних кромок крыш начинается стекание растаявшего снега. При точном размещении элементов устройства, трос располагается в вертикальной плоскости, точно совпадающей с осью стекающих потоков (образующих наледи-сосульки). Располагаясь на пути стекающих днем капель, образующих сосульки и наледь, трос-проволока при ночном похолодании врастают в них. Поэтому, возникающее при открывании дверей горизонтальное перемещение введенного подкромочного троса-проволоки, вросшего в сосульки и наледь, разрушает их. В летнее время устройство не используют, тросы отсоединяют.
Недостатком устройства-аналога являются частые повреждения (загибы, разрывы) нижней кромки крыши, возникающие от срывов наледей и сосулек тросом-проволокой. Перемещение-движение троса создает значительные усилия, необходимые для разрушения образований льда. Повышенные значения этих усилий обуславливаются тем, что они прикладываются вдоль всей кромки крыши и встречают сопротивление сразу от всей продольной длины наледи. То есть, при изгибном механизме разрушения наледи, высотой участка сопротивления своеобразной ледяной консольной балки горизонтальной нагрузке, в самом неблагоприятном случае, т.е. при сплошной наледи, является вся длина одной стороны крыши здания. (По-видимому, во избежание полного разрушения самого устройства, дверей и нижней кромки крыши, горизонтальные тросы по а.с. СССР №775268 не были дооснащены поперечными планками или просто завязанными узлами, увеличивающими контактную поверхность и прочность врастания-схватывания троса со льдом),
Другой недостаток аналога - неполное удаление наледи с нижней кромки крыши. Конструкция устройства-аналога удаляет только ту часть наледи, которая достигла-схватилась с размещенным внизу тросом (с учетом провисания). Наледь, расположенная сверху, на наружной поверхности нижней кромки крыши (т.е. выше троса), и не имеющая соприкосновения с тросом, применением устройства-аналога не удаляется.
Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является устройство для удаления льда с карнизов крыш зданий и сооружений по патенту РФ №2169245. Конструкция прототипа включает соединенные одним концом с источником механических колебаний подпружиненные штоки (РФ №2169245 Фиг.1 и 2), которые другим концом жестко прикреплены к линейно-протяженному-вытянутому вдоль одной стороны крыши волноводу (в виде уголка или трубы РФ №2169245 Фиг.1; 2), разделенному на секции РФ №2169245 Фиг.3. Каждая секция волновода соединена с двумя подпружиненными штоками РФ №2169245 Фиг.3. Все штоки расположены параллельно друг другу, в одной горизонтальной плоскости - напротив нижней кромки крыши. Вторые концы подпружиненных штоков, соединенные с источниками механических колебаний, закреплены на наружной поверхности стены здания или проведены через каналы в стенах во внутренние помещения здания, где размещены и подключены источники механических колебаний с электрическим побуждением.
Работа конструкции, принятой за прототип, заключается в следующем. При достижении критической величины обледенения нижней кромки крыши, включается электрическое побуждение источников механических колебаний. Колебательные импульсы подаются на подпружиненные штоки, которые сообщают колебательное движение длинному, дискретно секционированному волноводу, расположенному вблизи нижней кромки крыши. Волновод (в форме трубы или уголка), вросший-вмерзший в возникшую наледь с сосульками за промежуток времени с отключенным электрическим побуждением, получая колебательные перемещения, разрушает хрупкую сплошность окружающей его наледи, которая в виде мелких фрагментов незначительных размеров падает вниз. Карниз (по терминологии прототипа) крыши освобождается ото льда.
Недостатком конструкции, принятой за прототип, является снижение долговечности эксплуатации покровного слоя крыши и ее нижней кромки, обусловленное вредным воздействием импульсов механических колебаний, передаваемых волноводом, через наледь на покровный слой и нижнюю кромку крыши. Из-за малой амплитуды перемещений волновода требуется включение электрического побуждения механических колебаний на продолжительное время. Увеличивается расход электроэнергии. Оставление включенным электрического побуждения колебаний на длительное время вызывает опасность замыкания электропроводки и пожара.
Целью заявляемого изобретения является увеличение долговечности покровного слоя крыши и особенно нижней ее кромки, снижение расхода электроэнергии и исключение вероятности замыкания сети питания - электрического побуждения механических колебаний, путем введения под нижнюю кромку крыши отдельного-подвижного элемента, достижения многократного увеличения амплитуды встряхивающих перемещений и соответственно многократного уменьшения продолжительности, т.е. длительности этих воздействий.
Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции устройства для удаления наледей и сосулек с крыш, включающей нижнюю кромку крыши, выступающую за стену и подпружиненные штоки для передачи встряхивающего воздействия, под нижнюю кромку крыши введен дополнительный элемент, установленный с возможностью движения, который продолжает скат крыши и отстоит от нижней кромки крыши на минимальный нахлесточный зазор, причем с этим дополнительным элементом шарнирно соединены и подпружиненные штоки.
Введенный дополнительный элемент выполнен утолщенным, в виде, по меньшей мере, одного поворотного звена, шарнирно скрепленного со стеной или каркасом крыши и, по меньшей мере, с одним подпружиненным штоком. Поворотное звено выполнено одноконсольным с осью шарнира поворота звена, максимально приближенной к неподвижной нижней кромке крыши, с сохранением нахлесточного зазора, причем встряхивающий поворот звена осуществляется в сторону увеличения ската крыши. Перемещение подпружиненного штока, шарнирно скрепленного с поворотным звеном, является плоскопараллельным, а шток выполнен криволинейным. Поворотное звено принято двухконсольным, причем одна из консолей выполнена как элемент, продолжающий крышу по линии ската, а другая консоль шарнирно присоединена к подпружиненному штоку. Дополнительный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одного ползуна с поступательным прямолинейным движением вдоль линии ската, помещенного в направляющих, закрепленных на каркасе крыши или стене, и присоединен к подпружиненному штоку, при этом минимальный нахлесточный зазор равен толщине направляющей. Стена или каркас крыши для ограничения ударного хода поворотного звена или ползуна снабжены упором. Стена или каркас крыши снабжены отбойным ножом, установленным навстречу движению введенного дополнительного элемента. Подпружиненный шток снабжен винтовым механизмом регулирования амплитуды встряхивающего перемещения. Упор выполнен в виде установленной на стене сплошной по длине здания полосы. Отбойный нож является каркасным элементом герметизирующей подшивки крыши.
Предложенное решение поясняется Фиг.1÷7.
На Фиг.1 приведен фрагмент крыши с конструкцией устройства, включающего введенный дополнительный подвижный элемент в виде ползуна с поступательным прямолинейным движением вдоль линии ската.
На Фиг.2 изображен фрагмент крыши с введенным дополнительным подвижным элементом в виде одного поворотного звена на шарнире.
Δ - нахлесточный зазор.
На Фиг.3 - то же, но подпружиненный шток выполнен криволинейным с плоскопараллельным движением.
На Фиг.4 приведено устройство с двухконсольным поворотным звеном, где одна из консолей выполнена как элемент, продолжающий крышу по линии ската, а другая шарнирно присоединена к подпружиненному штоку, оснащенному механизмом регулирования амплитуды встряхивания.
На Фиг.5 - та же конструкция, что и на Фиг.4 (винтовой механизм регулирования не показан) с ручным приводом встряхивания на основе кулисного механизма из положения сидя.
На Фиг.6 - та же конструкция, что и на Фиг.4 и 5 (винтовой механизм регулирования не показан), также с ручным приводом перемещения штока, с помощью троса через блоки положения стоя.
На Фиг.7, то же, что и на Фиг.5, но с ножным приводом встряхивания на основе многозвенного рычажного механизма.
Предложенное устройство для удаления наледей и сосулек состоит из нижней кромки крыши 1 выступающей за стену 2 размещенным под нею дополнительным элементом, установленным с возможностью движения в виде ползуна 3, помещенного в направляющих 4 по Фиг.1 или поворотного одноконсольного звена 5 на шарнире 6 Фиг.2; 3. По Фиг.4; 5; 6 и 7 поворотное звено выполнено из двух консолей 7 и 8 на шарнире 9, из которых консоль 7 выполнена как элемент, продолжающий крышу, а консоль 8 шарниром 10 соединена с подпружиненным штоком 11. Дополнительный подвижный элемент не касается нижней кромки 1 крыши, а именно установлен с нахлесточным зазором Δ. В варианте по Фиг.1, зазором является толщина верхней направляющей 4. Подвижные элементы в виде ползуна 3, поворотного одноконсольного звена 5 и поворотного звена с консолями 7 и 8 выполнены утолщенными в сравнении с толщиной нижней кромки 1 крыши. По Фиг.1 ползун 3 соединен шарниром 12 с подпружиненным штоком 11, к которому прикреплен трос 13, перекинутый через блок 14. По Фиг.2; 3 поворотное одноконсольное звено 5 на шарнире 6 прикреплено к стене 2, а шарниром 15 соединено с подпружиненным штоком 11. По Фиг.3 подпружиненный шток 11 выполнен криволинейным. По Фиг.4 подпружиненный шток 11 снабжен винтовым механизмом 16 регулирования амплитуды встряхивающего перемещения. Перемещение-вращение поворотных звеньев с одной консолью 5 или с двумя консолями 7 и 8 ограничивается упором 17 прикрепленным к стене 2. На стене 2 закреплен отбойный нож 18. Дополнительный подвижный элемент по длине крыши секционирован также, как и в конструкции прототипа.
Работа заявленного устройства состоит в следующем. На крыше, оснащенной предложенным устройством, при частых переходах температуры через нуль со снеготаянием, также образуются сосульки и наледи. Однако в данном случае сосульки и наледи образуются на крайней (по скату крыши) кромке, т.е. на вновь введенном дополнительном элементе, установленном с возможностью движения. То есть, по варианту Фиг.1 - это ползун 3, по варианту Фиг.2; 3 - это поворотное одноконсольное звено 5, по варианту Фиг.4÷7 - это консоль 7. В любой момент времени, после образования наледей и сосулек, человеком, находящимся внутри помещения, производится ручное или ножное, по возможности резкое перемещение подпружиненного штока 11 в направлении, показанном на Фиг.1÷7 стрелкой. При этом подвижный элемент в виде ползуна 3 Фиг.1 резко перемещается в направляющих 4 тросом 13, перекинутым через блок 14. Сосульки и наледи разрушаются от резкого роста инерционных сил. Оставшаяся неразрушенной часть сосулек срезается ножом 18, установленным на стене 2. По Фиг.2 и 3 при резком перемещении по стрелке подпружиненного штока 11 через шарнир 15, прикрепленного к поворотному одноконсольному звену 5, элемент 5 резко вращается против часовой стрелки на шарнире 6. Резкий поворот одноконсольного звена 5 заканчивается его ударом по упору 17. От быстрого изменения действия инерционных сил сосульки и наледи разрушаются и падают вниз.
По варианту Фиг.4÷7 с дополнительным подвижным элементом в виде поворотного звена с двумя консолями 7 и 8, резкое движение подпружиненного штока 11 через шарнир 10 передается консоли 8, а т.к. консоли составляют единое целое, резко перемещается и консоль 7 с сосульками. Поворотное перемещение консолей 7 и 8 заканчивается после разрушения сосулек при ударе их об упор 17 (разрушение силами инерции) Фиг.4 и 7 или скалывании о ножи 18 Фиг.5 и 6. Амплитуда удара может регулироваться-настраиваться винтовым механизмом 16 Фиг.4.
После резкого перемещения введенного дополнительного подвижного элемента подпружиненный шток 11 возвращает элемент в состоянии первоначальный готовности устройства к последующим циклам разрушения сосулек.
В качестве основы для крепления направляющих 4 подвижного элемента в виде ползуна 3 или шарниров 6 и 9 одноконсольного поворотного звена 5 или двухконсольного 7 и 8 звена на Фиг.1÷7 показана-принята стена 2, но может использоваться и несущий каркас крыши. Отбойные ножи 18 одновременно могут являться и элементом каркаса для подшивки-герметизации чердака (закрытия зазора между стеной 2 и нижней кромкой крыши 1, выступающей за стену).
Упор 17 может быть выполнен на стене 2 в виде установленной сплошной полосы.
Анализ конструкций классических существующих крыш показывает, что нижние кромки, как правило, представляют собой нависающий тонкий покровный слой - металлический, шиферный лист или слой черепицы. Прочность, устойчивость такой кромки крыши (с нависающим тонким слоем) по-существу не рассчитана на наледе-сосулькообразование и тем более не рассчитана на ударное, импульсное механическое разрушение-скалывание этих ледяных массивов с помощью механических устройств. Причем, простое усиление нижней кромки крыши путем увеличения ее толщины, подкрепления ребром или уменьшения консольного участка (вылета), по существу не исключает возможности ее повреждения при использовании силовых-механических устройств разрушения наледей и сосулек.
Требуется принципиально новый проектный подход к разработке конструкции нижней кромки крыши.
Заявляемым техническим решением предложено ввести под нижнюю кромку крыши отдельный элемент, специально предназначенный и сконструированный не только для сопротивления нагрузке от образующихся тут наиболее массивных наледей-сосулек, но и для результативного разрушения этих наледей и сосулек. Введенный элемент не только утолщен, главным достоинством является его установка с возможностью движения. Такое исполнение позволило не только принципиально усилить-упрочнить конструкцию, отделенной от основного покровного слоя крыши, теперь уже подвижной нижней кромки, как детали наиболее нагруженной от наледеобразования. Введенная подвижность элемента рационализировала разрушение наледей и сосулек на этом элементе. Повысила результативность процесса разрушения и уменьшила его длительность. В отличие от заявленного решения, в конструкциях аналога и прототипа устройства механического разрушения наледей и сосулек привнесены в классическую крышу как «чужеродные» - искусственно вмонтированные устройства.
Подвижность и отделенность в сравнении с конструкцией прототипа, введенные предложенным решением, кроме прочностного усиления нижней кромки, в сотни и более раз увеличивают амплитуду встряхивающего перемещения. Такое увеличение амплитуды встряхивающего перемещения позволило производить разрушение наледей и сосулек наиболее результативно, т.е. быстро-кратковременно, с приложением всего одного-двух телодвижений.
Тонкий покровный слой крыши остается в полной неприкосновенности. На него не передаются через лед колебательные импульсы от волноводов так, как по конструкции прототипа. Не шелушится и не отваливается лакокрасочное покрытие и т.д.
Не требуется длительная работа электрического побуждения источника механических колебаний, по конструкции прототипа увеличивающая расход электроэнергии, а главное - вызывающая опасность замыкания и пожара. Предложенное решение описано-решено в ручном, т.е. простейшем варианте работы с механикой приложения усилий, заимствованной из механизмов, широко используемых в современных тренажерных залах для занимающихся спортом, при отработке нагрузок на отдельные группы мышц с элементарными телодвижениями. Однако, в принципе, вместо описанных ручных механизмов могут использоваться и механизмы с приводами кратковременного действия, обеспечивающие перемещение большой амплитуды.
Введение устройств удаления сосулек актуально и в настоящее время. Широкое распространение систем кондиционирования воздуха, спутникового телевидения с закрепляемыми снаружи на стенах зданий и сооружений выносными элементами, заставляет обеспечивать их сохранность, предотвращать нарастание ледяных массивов на нижних кромках крыш, способных при падении привести конструкции выносных устройств в полную непригодность. Комбинации неблагоприятного изменения осадочно-температурных погодных условий, приводящих к непрерывному-длительному наледеобразованию-нарастанию ледяных масс на нижних кромках крыш, невозможно предвидеть и нельзя избежать. Своевременное применение многократно используемых устройств для разрушения сосулек и наледей в моменты их зачаточного состояния, исключающих работы в экстремальных ситуациях (на обледеневшей крыше), не только выгодно - по исключению расходов на повторное приобретение выносных элементов современных систем жизнедеятельности человека, но и обеспечивает его независимость.
Устройство является одним из вариантов проработанных конструкций рычажного механизма разрушения сосулек с односкатной крыши здания.