Устройство для рыхления прочных грунтов

Полезная модель относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах.
Анализ существующих устройств для рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах показал, что наиболее приемлемым для этих целей является устройство с фрезерным рабочим органом и дебалансами.
Известно устройство для фрезерования прочных грунтов, включающее рами, на которой 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 (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).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с жестко закрепленными зубьями, привод вращения вала, кронштейн, жестко закрепленный на валу с осями, на которых в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на приводном валу в опорах вращения, и привод зубчатого колеса. Привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединяется с ведущим валом через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты (Пат. 2521021, Российская федерация, МПК E02F 5/30. Устройство для рыхления прочных грунтов / Земсков В.М., Краснолудский Н.В.; №2012117679/03; заявл. 27.04.2012; опубл. 10.11.2013. Бюл. №18).
Недостатком известного устройства являются большие габариты и большая металлоемкость из-за использования в конструкции двух двигателей.
Целью создания полезной модели является уменьшение габаритов и металлоемкости устройства для рыхления прочных грунтов.
Для достижения поставленной цели и достижения технического результата полезной модели из конструктивной схемы устройства исключается двигатель привода зубчатого колеса и изменяется кинематическая схема.
Решение этой задачи достигается устройством для рыхления прочных грунтов (Фиг. 1), которое содержит раму 1, на которой в опорах вращения установлен вал 2 с жестко закрепленными зубьями 3, ведомое зубчатое колесо 4 одноступенчатого 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, 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 двигателя 9. Со стороны установки редуктора 5 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 полом валу 16, внутри которого на опорам вращения расположен вал 2. На другом конце полого вала 16 установлен ведомый шкив 17 ременной передачи 18. Ведущий шкив 19 ременной передачи 18 установлен на ведомом валу 7.
Работа устройства для рыхления прочного грунта или снятия льда и снежно-ледяного наката осуществляется следующим образом: 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 через ременную передачу 18 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 сцепную 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.
Двигатель 9 через ременную передачу 18, полый вал 16 и зубчатое колесо 15 приводит во вращение зубчатые колеса с дебалансами 14 (фиг. 2), которые создают возмущающую силу:
где m - масса вращающихся дебалансов, кг;
е - 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 вала (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 (направление 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
пр
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 сцепляется, передавая динамический момент 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 условия увеличивается динамическая составляющая на разрушение среды, а сам привод устройства не испытывает дополнительных динамических нагрузок при колебаниях барабана с зубьями против его вращения.
Применение предлагаемой полезной модели позволит снизить металлоемкость, себестоимость и габариты устройства для рыхления прочных грунтов.