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 - 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 наледи, 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 - при сплошной наледи, является вся длина одной стороны крыши - здания. (По-видимому, только 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 наледей и сосулек с кровли зданий и сооружений по патенту РФ №2439261. В конструкции прототипа введены размещенные под нижней кромкой кровли, специально предназначенные для образования и разрушения наледей и сосулек - дополнительные подвижные - подкромочные элементы, продолжающие скат кровли и отстоящие от нее на минимальный - нахлесточный зазор. Уточним, что введенные подкромочные элементы продолжая скат кровли размещены без соприкосновения с ней. Причем, указанные элементы установлены с возможностью перемещений и для создания этих перемещений, соединены по меньшей мере с одним источником перемещений, - ручным или ножным механизмом, приводимым в действие человеком. Описанные в патенте РФ №2439261 варианты ручных механизмов перемещений с большой амплитудой движений заимствованы из спортивных тренажеров широко используемых в тренажерных залах и позволяют результативно, за одно - два резких телодвижения, реализовать быстрые перемещения создающие на подкромочных элементах встряхивающие воздействия. Шарнирные, упорные и при необходимости скалывающие элементы устройства закреплены на наружной поверхности стены здания. Концы шарнирно скрепленных с подкромочными элементами тяговых звеньев: - тросов, штоков через наружную стену проведены внутрь здания, где соединены с ручными рукоятками или ножными педалями, для ручного или ножного приведения в действие указанных механизмов. Для возврата подкромочных элементов после выполнения необходимых встряхивающих перемещений в исходное положение использованы пружины. Сами подкромочные элементы конструктивно выполнены не только с возможностью перемещения, но и усиленными, т.е. имеют усиленную прочность, в сравнении с прочностью неподвижных элементов основной кровли.
Работа устройства, принятого за прототип, заключается в следующем. При достижении критической величины обледенения - избыточного нарастания массы наледей и сосулек - на вновь введенных подкромочных элементах, человек находящийся внутри здания подходит к тяговым элементам с ручными рукоятками или ножными педалями, и в зависимости от конструкции реализованной в натуре: - захватывает ручную рукоятку или ставит ногу на ножную педаль. Затем несколько раз резко потянув рукоятку или несколько раз резко нажав на ножную педаль придает подкромочным элементам - посредством движения тяговых элементов: - тросов или штоков несколько быстрых перемещений вызывающих встряхивающие воздействия. В результате мгновенного возрастания инерционных сил вначале перемещения или в конце перемещения после соприкосновения с упорами и мгновенной остановки на упорах, или в результате контакта со скалывающими элементами, - хрупкие массивы наледей и сосулек образовавшихся на подкромочных элементах разрушаются и падают вниз на снежный или ледяной покров пристенной территории. Освобожденные подкромочные элементы пружинами вновь возвращаются в исходное положение. В отличие от конструкций аналога придаваемое перемещение подкромочных элементов конструкции прототипа производится не вдоль всей нижней кромки кровли, а поперек ее, что во много раз уменьшает нагрузки действующие на устройство в моменты разрушающего воздействия на наледи и сосульки.
Недостатком конструкции, принятой за прототип, является непредусмотренность сбора и адресной утилизации дождевой влаги попадающей на кровлю в теплый период года. То есть, отсутствие в конструкции прототипа водосточных желобов собирающих с кровли вдоль ее кромок дождевую воду. Из-за чего, исключена возможность использования кровельной дождевой воды для полива. Попадающая на кровлю и стекающая по ней в дождливое время года дождевая вода фокусируясь линиями нижних кромок кровли в узкие плоскостные потоки стекающие вниз по периметру здания, постепенно разрушает расположенные внизу: - незащищенные тротуарные покрытия или газоны. Возможное крепление к стене, - под подкромочные элементы, - классических водосточных желобов, при традиционном конструктивном размещении и исполнении их, затруднит работу устройства удаления наледей и сосулек, так как в этом случае сосульки и наледи будут неподвижно нарастать по обе стороны: - сверху и снизу подкромочных элементов - окруженных двумя неподвижными конструкциями - нижними кромками и водосточными желобами. Такие, - классически установленные водосточные желобы становятся своеобразными металлическими каркасами возникающего обледенения. В результате, выгодная для разрушения наледей и сосулек консольная схема действия нагрузок на них, при встряхивающем воздействии - исчезает. Более того, в холодный период, интенсивные встряхивающие перемещения подкромочных элементов могут привести к полному разрушению расположенных снизу, отдельно устанавливаемых и врастающих в ледяные наледи и сосульки водосточных желобов, изначально не предназначаемых для таких нагрузок, а также к необходимости еще большего увеличения прочности - массы - подкромочных элементов. К тому же само введение дополнительно устанавливаемых водосточных желобов тоже увеличивает общую массу используемого устройства.
Целью заявляемого изобретения является реализация функции сбора и адресной утилизации дождевой влаги попадающей на кровлю в теплый период года, без увеличения прочности - увеличения массы - перемещаемых подкромочных элементов, и без увеличения общей массы устройства с исключением необходимости в дополнительно устанавливаемых водосточных желобах.
Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции устройства для удаления наледей и сосулек с крыш, включающей нижнюю кромку кровли и подкромочный элемент установленный с возможностью перемещения, подкромочный элемент в теплый период года расположен в плоскости наклоненной обратно скату кровли, образуя с нижней кромкой кровли углообразный водосточный желоб, а в холодное время года выведен в плоскость ската, причем стык между кромкой кровли и подкромочным элементом герметизирован. Герметизация стыка осуществлена введением полосы упруго-гибкого материала, например резины или прорезиненной ткани размещенной на нижней кромке и подкромочном элементе, и скрепленной с ними. Покрытием подкромочного элемента является полоса упруго гибкого материала верхним краем скрепленная с нижней кромкой кровли. Нижняя кромка кровли накрывает подкромочный элемент и выполнена из полосы упруго-гибкого материала. Подкромочный элемент целиком изготовлен из полосы упруго-гибкого материала, с исполнением функций возвратно-направляющих элементов механизма перемещения. Для перемещения подкромочного элемента с образованием водосточного желоба или встряхивающего разрушения наледей и сосулек использованы две гибкие нити, например тросы или веревки, закрепленные по концам подкромочного элемента, перекинутые по меньшей мере через одну настенную ось и опущенные вдоль стены до открываемого оконного проема. Для перемещения подкромочного элемента с образованием водосточного желоба или встряхивающего разрушения наледей и сосулек, использован трехзвенный рычаг с двумя промежуточными шарнирами снабженными механизмами запрета вращения, например в виде обхватных цилиндрических втулок со стопорными ограничителями или винтов сжатия шарниров по осям, причем один конец трехзвенного рычага шарнирно соединен с концом подкромочного элемента, а другой размещен у открываемого оконного проема с промежуточным опиранием на настенную подставку.
Предложенное решение поясняется Фиг.1÷6.
На Фиг.1 приведен фрагмент кровли здания с конструкцией предложенного устройства, где подкромочный элемент расположен в плоскости наклоненной обратно скату кровли, образуя с нижней кромкой кровли углообразный водосточный желоб. Стык герметизирован полосой упруго-гибкого материала скрепленной с нижней кромкой кровли и подкромочным элементом. Для перемещения подкромочного элемента использованы две гибкие нити. Прерывистыми линиями показано положение подкромочного элемента в плоскости выведенной по скату.
На Фиг.2 изображен фрагмент кровли здания с подкромочным элементом и полосой упруго-гибкого материала верхним краем скрепленной с нижней кромкой кровли. Полоса упруго-гибкого материала накрывает подкромочный элемент. Для перемещения подкромочного элемента использованы две гибкие нити.
На Фиг.3 - представлено тоже, что и по Фиг.1, но полоса упруго-гибкого материала исполняет функцию возвратно-направляющих элементов трехзвенного рычага для перемещений подкромочного элемента. Прерывистыми линиями показано положение подкромочного элемента в плоскости выведенной по скату кровли.
На Фиг.4 изображено тоже, что и на Фиг.3, но подкромочный элемент целиком выполнен из упруго-гибкого материала.
На Фиг.5 - приведен увеличенный фрагмент вида сбоку трехзвенного рычага перемещений подкромочного элемента.
На Фиг.6 - показан разрез А-А фрагмента по Фиг.5.
Предложенное устройство для удаления наледей и сосулек состоит из выступающей за стену 1 нижней кромки кровли 2 и размещенного под ней подкромочного элемента 3, установленного с возможностью перемещения. По варианту Фиг.1 и 2 подкромочный элемент 3 установлен на шарнире 4 скрепленном с настенным кронштейном 5. По концам подкромочного элемента 3 закреплены две гибкие нити 6 перекинутые через оси 7 и 8 - по Фиг.1, - или через одну ось 7, - по Фиг.2. Оси 7 и 8 - по Фиг.1 или одна ось 7, - по Фиг.2, - установлены на том же настенном кронштейне 5. По варианту Фиг.3, 4, 5 и 6, один конец подкромочного элемента 3 скреплен шарниром 9 с трехзвенным рычагом состоящим из трех звеньев 10, 11, и 12. Звенья 10, 11, и 12 между собой соединены шарнирами 13 и 14. Середина трехзвенного рычага, - по шарниру 14, - промежуточно опирается-упирается в настенную подставку 15 выполненную вблизи открываемого оконного проема 16. Герметизация стыка образующегося между нижней кромкой кровли 2 и подкромочным элементом 3 выполнена скрепленной с ними полосой 17 упруго-гибкого материала, например резины или прорезиненной ткани. По варианту Фиг.1 полоса 17 упруго-гибкого материала - во избежание местных неупругих деформаций материала, принята с образованием герметичной пазухи 18. По варианту Фиг.2, полоса 17 упруго-гибкого материала верхним краем скреплена с нижней кромкой кровли 2 и просто накрывает подкромочный элемент 3. Являясь в варианте Фиг.2 более жесткой - полоса 17 упруго-гибкого материала образует простой - без пазушный упругий выгиб. В вариантах по Фиг.3 и 4 полоса 17 упруго-гибкого материала исполняет функции возвратно-направляющих элементов рычага для перемещений, т.е. использована как элемент направляющий перемещение и как пружина возвращающая подкромочный элемент 3 в исходное пространственное положение. Причем по варианту Фиг.4 подкромочный элемент 3 целиком выполнен из полосы 17 упруго-гибкого материала, например тонкого металла. Т.е. в данном варианте, - подкромочный элемент 3 и полоса 17 упруго-гибкого материала, - совмещены, что упрощает изготовление устройства. На трехзвенном рычаге перемещения подкромочного элемента 3, по Фиг.3, 4, 5 и 6, - в местах установки промежуточных шарниров 13 и 14, введены механизмы запрета вращения, например в виде обхватных цилиндрических втулок 19 со стопорными ограничителями 20 - по шарниру 13. Или винтов сжатия 21 шарниров по осям с маховиками 22, - по шарниру 14. Принципиально, могут быть использованы любые механизмы запрета вращения, на любом из указанных шарниров 13 и 14, например. - оба винта сжатия и др. Концы гибких нитей 6 для удобства захвата руками, - снабжены захватами 23. Концы трехзвенных рычагов, - рукоятками 24. И те и другие размещены у открываемых оконных проемов 16. Подкромочный элемент 3 имеет два рабочих положения: - в теплое время года он размещен - расположен в плоскости наклоненной обратно скату кровли, образуя с нижней кромкой кровли углообразный водосточный желоб, а в холодное время года выведен в плоскость ската.
Работа заявленного устройства состоит в следующем. На кровле, оснащенной предложенным устройством, в холодное время года, - при частых переходах температуры через нуль со снеготаянием, также образуются сосульки и наледи. В это время года, подкромочный элемент 3 выведен в плоскость ската и сосульки и наледи образуются на нем, т.е. за крайней (по скату кровли) нижней кромкой 2. Основная механика работы устройства в холодное время года, в основном совпадает с механикой работы конструкции принятой за прототип, т.е. заключается в следующем. В любой момент времени, после образования наледей и сосулек, человеком, находящимся внутри помещения, открывается оконный проем 16 и производится ручное по возможности резкое перемещение захвата 23 или рукоятки 24. При этом, по варианту Фиг.1 и 2 реализован простой поворот-вращение подкромочного элемента 3 вокруг шарнира 4 неподвижно размещенного на настенном кронштейне 5, который в варианте показанном на Фиг.1 является также и упором ограничивающим перемещение. По варианту Фиг.3, 4, 5 и 6, подкромочным элементом 3 осуществлено более сложное плоскопараллельное перемещение. В данном варианте, человек после открывания проема предварительно снимает рукоятку 24 с настенной подставки 15 и уже затем производит резкое ее перемещение. Сосульки и наледи от возникновения и резкого роста инерционных сил в момент начала перемещения подкромочного элемента 3 Фиг.1 и 2 или при его ударе об упор по Фиг.2, в момент окончания перемещения, - разрушаются и падают вниз на снежный или ледяной покров пристенной территории. После обрушения наледей и сосулек подкромочный элемент 3, с помощью приложения обратных усилий, - к захвату 23 другой нити 6, - или подачей звеньев трехзвенного рычага вверх, возвращают в состоянии первоначальный готовности устройства к последующим циклам срабатывания. По варианту Фиг.3, 4, 5 и 6, перед холодным временем года, - для изменения пространственного положения подкромочного элемента 3, с выведением - вдоль ската кровли и его нижней кромки 2 - необходима дополнительная настройка соединений элементов рычага. Для холодного времени года звенья 11 и 12, - располагаются в одну линию, шарнир 14 рычага используется со включенным механизмом запрета вращения, а шарнир 13, - наоборот. В этом случае, шарнир 14 по совпадающей с ним оси винта сжатия 21, сжат маховиками 22 до полного исключения вращения. В то же время, - механизм запрета вращения в шарнире 13 трехзвенного рычага, выключен, т.е. обхватная цилиндрическая втулка 19 удалена от стопорного ограничителя 20, освобождая возможность поворота в шарнире 14.
После окончания холодного периода года и начала другого, - теплого. - осуществляется наоборот выведение подкромочного элемента 3 в плоскость наклоненную обратно скату кровли. Выведение производится приложением усилия к одной их двух - гибких нитей 6 и соответственно к одному из захватов 23, - по варианту Фиг.1 и 2. По варианту Фиг.3, 4, 5 и 6 производится соответствующее перемещение трехзвенного рычага, точнее, рычаг снимается с настенной подставки 15, затем производится перенастройка соединений рычага: - теперь уже звенья 10 и 11 устанавливаются в одну линию, а механизмы запрета вращения на обоих шарнирах 13 и 14 меняют положение на обратное. Т.е., - на шарнир 13 накидывается обхватная цилиндрическая втулка 19 до касания - контакта со стопорным ограничителем 20 и таким образом вращение его запрещается и наоборот, на шарнире 14, раскручиваются маховики 22 на винтах сжатия 21 и снимается запрет вращения, - шарнир 14 становится подвижным. После перенастройки трехзвенный рычаг, тем же средним шарниром 14 возвращается на опирание на настенную подставку 15. Однако, т.к. новая длина верхней - прямой части трехзвенного рычага состоящая теперь не из одного - звена 10, а из двух звеньев 10 и 11, стала больше, дальний край подкромочного элемента 3 - задирается выше, обеспечивая расположение подкромочного элемента 3 в плоскости наклоненной обратно скату кровли. Так, подкромочным элементом 3 с нижней кромкой кровли 2 по варианту показанному на Фиг.3 и 4 образуется углообразный водосточный желоб. Выведение подкромочного элемента 3 в плоскости: - вдоль ската кровли, - для холодного времени, или в плоскость наклоненную обратно скату кровли, - для теплого периода, наиболее просто осуществляется в вариантах устройства по Фиг.1 и 2. Здесь, достаточно только выбрать нужный захват 23 соответствующий гибкой нити 6, и потянув его, - переместить подкромочный элемент 3 в необходимое - для предстоящего временного периода, пространственное положение.
Таким образом, для изменения расположения подкромочного элемента 3. относительно плоскости ската кровли использованы те же элементы для перемещений, которые предназначены для удаления - разрушения сосулек и наледей.
Повторим, что главное отличие заявляемого устройства состоит в использовании элементов устройства удаления наледей и сосулек для образования углообразной конфигурации желоба, которая при дополнении ее введенной герметизацией стыка, создает герметичный элемент подкровельного сбора осадков для теплого периода года - продольный водосток. Дождевая влага попадающая в теплый период года на кровлю и стекающая с нее, организованно отводится по этому водостоку-водосточному желобу в систему адресной утилизации, не вызывая разрушения расположенных внизу: - незащищенных тротуарных покрытий или газонов. Возможно использование собранной кровельной дождевой воды для полива.
Наиболее прост в эксплуатации вариант по Фиг.2, где для герметизации стыка введена полоса 17 с повышенной жесткостью, например часть конвейерной ленты, скрепленная с нижней кромкой 2 кровли и накрывающая весь подкромочный элемент 3. По этому варианту, нет пространственной пазухи 18 при расположении подкромочного элемента 3 в плоскости наклоненной обратно скату кровли. Здесь, - по варианту Фиг.2 - образуется водосточный желоб с плавно изогнутым дном, минимальной поверхностью контакта с собранным потоком кровельной воды и отсутствием помех для испарения влаги с поверхности водостока. В отличие от этого варианта, вариант по Фиг.1, 3 и 4 с пазухой 18 обладает большей пропускной способностью, - по сливу воды, т.к. имеет увеличенное, - на площадь сечения пазухи, - сечение водосточного желоба, и при металлическом исполнении полосы 17 упруго-гибкого материала, обладает большей долговечностью.
Благодаря предложенному введению обратного наклона - обратного расположения в теплое время года подкромочного элемента 3 устройства удаления наледей и сосулек, - и введению герметизации образующегося стыка, реализована полноценная конструкция водосточного желоба. Указанная конструкция, по существу, собрана из имевшихся элементов устройства предназначенных для разрушения наледей и сосулек, с введением только одного дополнительного элемента герметизации, - полосы упруго-гибкого материала. Другими словами, имевшиеся в конструкции прототипа элементы устройства в холодное время года предназначенные удаления наледей и сосулек, - в теплый период по совместительству, при минимальных изменениях и незначительных затратах, трансформируются в необходимый для теплого периода элемент, - водосточный желоб, входящий в систему организованного отведения дождевых стоков с поверхности кровли. Изготовление и размещение под подкромочным элементом 3 классического - традиционного водосточного желоба не требуется. Все преимущества использования устройства в холодное время года, - по основному назначению, - для удаления наледей и сосулек, - сохраняются. С исключением необходимости установки классического водосточного желоба под подкромочный элемент, исчезла и возможность - вероятность его разрушения при встряхивании наледей и сосулек в холодное время года, - при работе устройства по основному назначению.
Комбинации неблагоприятного изменения осадочно-температурных погодных условий, приводящих к длительному выпадению дождевых осадков, непрерывному - длительному наледеобразованию-нарастанию ледяных масс на нижних кромках крыш, невозможно предвидеть и нельзя избежать. Установка и применение предложенного многофункционального, многократно-используемого устройства пригодного и для адресной утилизации дождевой влаги, и: - для разрушения сосулек и наледей, позволяет исключить домашние работы в экстремальных условиях, - летних - под проливным дождем или зимних - на обледеневшей крыше, что не только выгодно, но и обеспечивает необходимый комфорт, сохраняет здоровье и создает независимость человека от воздействия неблагоприятных погодных условий.