УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ СОСУЛЕК
DEVICE FOR ICICLE DESTRUCTION

Изобретение относится к вопросам обслуживания жилищно-коммунального хозяйства, и конкретно - к очистке от снега и льда крыш зданий.
Известно устройство для удаления сосулек с карнизов крыш зданий, включающее механизм силового взаимодействия с сосульками в виде перемещаемого вдоль кромки карниза подвижного рабочего органа с изогнутыми под карниз самоустанавливающимися плечевыми захватами и привод, состоящий из рычага с верхней петлей, опорным прижимным плечом, боковыми уравновешивающими опорами-полозьями и страховочного каната /см. заявку РФ на патент на изобретение 2002103177/03, кл. Е04D 13/076, 2002 [1]/.
Известно также устройство для удаления сосулек по периметру крыши здания, предусматривающее осуществление силового воздействия непосредственно на сосульки либо на расположенные рядом участки крыши с помощью специального механизма в виде черенка с ручками, наконечника и ножа, в котором наконечник снабжен подкосом и якорем, закрепленным оттяжками к парапетному ограждению, нож выполнен с консолью, закрепленной на наконечнике, а якорь представляет собой полосу из водостойкого материала, расположенную на крыше, причем наконечник, подкос и консоль соединены между собой с возможностью изменения положения пока /см. патент РФ на изобретение №2194137, кл. Е04D 13/076, 2001 [2]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции и опасность процесса вследствие необходимости подъема человека на крышу и его движения вдоль кромки крыши, значительная трудоемкость и низкая эффективность, ограниченные возможности применения, необходимость постоянного контроля за процессом образования сосулек, отсутствие возможности автоматизации процесса удаления сосулек.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для обрушения сосулек по периметру крыши здания, включающее механизм обеспечения контакта непосредственно с каждой сосулькой по отдельности, ее захват и удаление с помощью телескопической трубы, смонтированной с блоками управления на шасси автомобиля, на верхнем конце которой размещен на подшипниковой опоре электродвигатель, на валу которого укреплен втягивающий трос-кабель как для втягивания трубы, так и для передачи электропитания, соединенный с системой управления и блоком электропитания /см. патент РФ на изобретение №2187595, кл. Е01Н 5/00, 2001 [3]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность, значительная трудоемкость и низкая эффективность процесса, необходимость использования сложной техники и ограниченные возможности применения, необходимость постоянного контроля за процессом образования сосулек и отсутствие возможности автоматизации рабочего процесса.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простого и эффективного устройства для разрушения сосулек без непосредственного участия человека при полной автоматизации процесса, принципиально отличного от известных и обеспечивающего процесс предварительного раздельного формирования сосулек на гибких арматурных направляющих, в виде подвижных чешуйчатых гирлянд и последующее разрушение сосулек силовым воздействием на них изнутри за счет плавной и скачкообразной геометрической перестройки структуры гирлянд при изгибе направляющих под действием изменений температуры окружающей среды.
Технический результат - предельное упрощение устройства и повышение его эффективности, полная автоматизация процесса разрушения сосулек с исключением непосредственного участия человека, расширение возможностей применения устройства.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для разрушения сосулек по периметру крыши здания, включающем механизм осуществления контакта и силового воздействия непосредственно с каждой из сосулек по отдельности, особенность заключается в том, что данный механизм выполнен в виде выступающей за кромку крыши полосы с прикрепленной к ней системой свободно свисающих вниз через определенное шаговое расстояние шнурков, являющихся гибкими направляющими для стекания с крыши воды при таянии снега и льда, при этом механизм снабжен набором жестких элементов, плавно или скачкообразно изменяющих свои геометрические форму за счет пространственного поперечного изгиба при изменении температуры окружающей среды в диапазоне температур -5°С ÷ +5°С активного сосулькообразования и привязанных одним из концов к шнуркам по всей длине последних с образованием арматуры для сосулек в форме подвижных чешуйчатых гирлянд с перестраиваемой структурой. При этом элементы с плавным изменением геометрической формы выполнены в виде отрезков из термобиметалла, а элементы со скачкообразным изменением геометрической формы - в виде отрезков из сплава с эффектом термомеханической памяти формы /ПМФ/ с различными температурными порогами срабатывания в вышеуказанном диапазоне температур.
На рисунках схематично показана одна из гирлянд предлагаемого устройства с продольным разрезом на виде на здание сбоку: на фиг.1 - в исходном состоянии за пределами рабочего диапазона температур; на фиг.2 - после срабатывания элементов в рабочем диапазоне температур.
Устройство для разрушения сосулек 1 по периметру крыши 2 здания 3 содержит механизм осуществления контактного силового взаимодействия непосредственно с каждой из сосулек 1 по отдельности, выполненный в виде прикрепленной к краю крыши 2 и выступающей за ее кромку полосы 4, к наружному краю которой прикреплена система свободно свисающих с крыши 2 вниз через определенное шаговое расстояние шнурков 5, являющихся гибкими направляющими для стекания с крыши 2 воды при таянии снега и льда. Верхние концы шнурков 5 продеты через сквозные отверстия 6 в наружном крае полосы 4, выполненные с определенным шагом, завязаны узлами и зафиксированы специальным материалом. При этом механизм снабжен набором 7, 8 жестких элементов, плавно /7/ или скачкообразно /8/ изменяющих свою геометрическую форму за счет пространственного поперечного изгиба при изменении температуры окружающей среды в диапазоне температур -5°C ÷ +5°С максимально активного сосулькообразования, привязанных одним из концов к шнуркам 5 по всей длине последних с образованием арматуры для сосулек 1 в форме подвижных чешуйчатых гирлянд с перестраиваемой при изменении температуры окружающей среды структуры. Элементы 7, 8 выполнены в виде отрезков пластинок, стержней, частей полосы и т.п. практически любой формы. На одном из концов каждого из них выполнено отверстие, с помощью которого элементы 7, 8 надеты на шнурки 5. После этого пути выполнения узла на шнурке 5 в зоне соответствующего отверстия элементы 7, 8 фиксируются на шнурках 5 в соответствующем месте шнурка 5 по всей его длине. Для изготовления элементов 7 с плавным изменением геометрической формы при изменении температуры использованы отрезки термобиметалла, для изготовления элементов 8 со скачкообразным изменением геометрической формы использованы отрезки из сплава с эффектом термомеханической памяти формы /ПМФ/ с различными температурными порогами срабатывания в вышеуказанном диапазоне температур. Полоса 4 может быть изготовлена из толстого пластика либо тонкой жести, шнурки 5 изготовлены из отрезков специальной прочной и износоустойчивой водостойкой ткани, например из ароматического полиамидного волокна, применяемой чаще всего для усиления автопокрышек, рукавов шлангов и т.п. Для изготовления элементов 8 из ПМФ использован сплав никелид титана TiNi /нитинол/, относящийся к классу интерметаллических соединений и широко применяемый на практике для подобных целей, температурные пороги срабатывания в диапазоне -5°C ÷ +5°С довольно легко реализуются. Физический процесс изготовления сплавов с ПМФ уже в течение многих лет отработан до серийной стадии и описан в многочисленной литературе. Для изготовления отрезков 7 из термобиметалла целесообразно использовать инвар ЭH36 со слоями из железоникелевых сплавов. Этот материал отличается максимальными упругими и механическими свойствами именно в указанном ваше диапазоне рабочих температур и с двух сторон вблизи него. Однако, в принципе, в качестве элементов 7, 8 из термобиметаллов и сплавов с ПМФ могут быть использованы любые обрезки, обломки и т.п. из любых материалов с вышеуказанными свойствами, получаемые как отходы специальных производств, брак при изготовлении и т.п. Это в значительной степени удешевляет и упрощает предлагаемое устройство, особенно в случаях массового применения. На рисунках проиллюстрировано применение в гирляндах элементов 7, 8 того и другого типов. Однако при отсутствии элементов одного из типов 7 или 8 вполне можно использовать элементы одного типа. Термобиметаллы дешевле и более широко применяются в промышленности, однако применение элементов 8 с ПМФ обеспечивает большую эффективность разрушения сосулек за счет больших амплитуд пространственных деформаций элементов 8 при их сложном поперечном изгибе. Для каждой гирлянды следует подбирать элементы 8 с ПМФ с различными температурными порогами срабатывания, в идеальном случае эти пороги должны перекрывать весь вышеуказанный температурный рабочий диапазон. Шаговое расстояние между гирляндами порядка 5-10 см практически обеспечивает стекание с крыши 2 воды и, соответственно, образование сосулек 1 раздельно только на гирляндах, но не между ними. Длина каждой гирлянды порядка 15-20 см обеспечивает как надежное удержание сосулек 1 на гирляндах в спокойном состоянии, так и оптимальные условия для разрушения сосулек 1 при изгибах элементов 7, 8.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Пусть в исходном состоянии, например, при больших отрицательных температурах элементы 7, 8 каждой гирлянды /см. фиг.1/ находятся в прямолинейном состоянии, свободно опущены вниз и вмерзли в таком состоянии в тело сосульки 1. При потеплении и приближении температуры окружающей среды к нижней границе диапазона /-5°С/ активного образования сосулек начинается процесс таяния снега и льда на крыше 2 здания /солнце, дождь и т.п./, на гирляндах начинают образовываться сосульки 1. Элементы 7 начинают плавно изгибаться /см. фиг.2/, элементы 8 с ПМФ, настроенные, например, на порог температурного срабатывания -4°С скачком срабатывают при данной температуре окружающей среды и переходят в ломаное состояние, характеризуемое сложным пространственным изгибом в нескольких плоскостях. При этом на сосульки, в тело которых вмерзли элементы 7, 8, изнутри действуют изгибные, сдвиговые и т.п. нагрузки, приводящие к быстрому разрушению сосулек, их раскрошиванию на мелкие части /сосульки еще не успели сформироваться до значительных размеров/, опадающие, осыпающиеся вниз без опасности для расположенных внизу людей и объектов. При дальнейшем таянии снега и льда на крыше 2 сосульки 1 могут образоваться вновь на гирляндах с уже изогнутыми элементами 7, 8. Однако при дальнейшем повышении температуры срабатывают уже элементы 8 гирлянды, настроенные на температурные пороги -2°С, 0°С, +2°С и т.д., что приводит к разрушению вновь образованных сосулек 1 и окончательному разрушению частично раскрошившихся сосулек при предыдущих срабатываниях. Так будет происходить до температур, примерно больших +5°С, когда сосульки 1 практически перестанут образовываться. Далее при понижении температур происходят обратные срабатывания элементов 8 при тех же температурных порогах /-2°С, 0°С, +2°С/ и т.д., при которых данные элементы, наоборот, переходят из изгибно-ломаного в прямолинейное состояние, при этом вновь образованные сосульки 1 разрушаются с той же эффективностью. Элементы 7 из термобиметалла плавно изгибаются при изменении температуры, обуславливая растрескивание обмерзающих их сосулек.
Предлагаемое устройство предельно эффективно, а главное, позволяет полностью автоматизировать процесс разрушения сосулек с полным исключением непосредственного участия человека необходимости его поднятия на крышу здания и контроля за процессом образования и нарастания сосулек. Устройство практически универсально и может быть использовано при любой архитектуре зданий и конструкциях их крыш. Серьезным достоинством является возможность использования для формирования гирлянд элементов, являющихся отходами специальных приборостроительных металлургических и т.п. производств, обрезков, брака и т.п.