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.
Известно устройство для фрезерования прочных грунтов, включающее 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 зацепления 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 вращениями 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 является быстрый износ зубьев, низкая производительность.
Задачей полезной модели является повышение производительности устройства, в том числе за счет увеличения срока службы зубьев.
Для достижения поставленной задачи вместо одного вала с зубьями равномерно по окружности устанавливается несколько (более двух) валов с жестко закрепленными на них зубьями, которые связаны с центральным валом привода посредством зубчатой передачи внутреннего зацепления.
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 центрального вала; 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 центральный вал 2 с жестко закрепленными кронштейнами 3 и 4, валы 5 с жестко закрепленными зубьями 6, которые установлены равномерно по окружности в опорах вращения кронштейнов 3, 4 и связаны посредством зубчатых колес 7 с зубчатым корончатым колесом 8, жестко закрепленным на раме 1 коаксиально центральному валу 2, ведомое зубчатое колесо 9 одноступенчатого редуктора 10, которое соединяется с центральным валом 2 посредством обгонной фрикционной муфты 11, ведущий вал 12 редуктора 10, который через муфту 13 соединен с двигателем 14 привода, ведущее зубчатое колесо 15, соединенное с ведущим валом 12 через предохранительную муфту 16 с неразрушающим элементом. При этом сцепление обгонной фрикционной муфты 11 осуществляется при передаче крутящего момента двигателем 14.
На противоположной стороне относительно двигателя 14 на осях 17 кронштейна 4 в опорах вращения установлены зубчатые колеса с дебалансами 18, входящие в зацепление с зубчатым колесом 19, установленным на полом валу 20, внутри которого на опорах вращения расположен центральный вал 2. На другом конце полого вала 20 установлен ведомый шкив 21 ременной передачи 22, которая приводится двигателем 23.
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 14, который через муфту 13 вращает ведущий вал 12, и одновременно включается двигатель 23, который посредством ременной передачи 22 приводит во вращение зубчатое колесо 19.
1
2
Крутящий момент передается с ведущего вала 12, вращающегося с угловой скоростью w (фиг. 1, фиг. 3), через предохранительную муфту 16 и ведущее зубчатое колесо 15 на ведомое зубчатое колесо 9, которое через сцепную обгонную фрикционную муфту 11 передает крутящий момент на центральный вал 2, который вращается с угловой скоростью w. Далее вращение через кронштейны 3 и 4 передается на валы 5 которые начинают вращаться относительно оси центрального вала 2, при этом за счет зацепления зубчатых колес 7 с зубчатым корончатым колесом 8 валы 5 совершают вращение вокруг собственной оси. Вследствие сложного вращения валов 5 вокруг оси центрального вала 2 и собственной оси, зубья 6 поочередно входят в контакт с разрабатываемой средой, разрушая ее.
Двигатель 23 через ременную передачу 22, полый вал 20 и зубчатое колесо 19 приводит во вращение зубчатые колеса с дебалансами 18 (фиг. 2), которые создают возмущающую силу:
где m - масса вращающихся дебалансов, кг;
е - эксцентриситет дебаланса, м;
w - угловая скорость вращения дебалансов, рад/с.
Под действием этой возмущающей силы возникают крутильные колебания центрального вала 2 и валов 5 вместе с закрепленными на валу 5 зубьями 6 относительно оси центрального вала 2.
Величина максимального динамического момента, вызывающего эти колебания, определяется из:
0
где D - диаметр расстановки осей зубчатых колес с дебалансами;
2
Т - момент на центральном валу 2, передаваемый от двигателя 14 через редуктор 10;
5
Т - момент на валах 5, передаваемый от двигателя 14 через редуктор 10 и зацепление зубчатых колес 7 и зубчатого корончатого колеса 8.
2
дин
дин
2
В момент взаимодействия зубьев 6 с разрабатываемой средой к моменту Т на центральном валу 2 и, следовательно, к моменту на валах 5, которые создаются двигателем 14, 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 центрального вала 2) или может быть направлено в противоположную сторону.
дин
2
дин
дин
2
2
Когда динамический момент Т, направленный в сторону вращения центрального вала 2 (фиг. 3), превышает момент Т обгонная муфта 11, жестко связанная с центральным валом 2, начинает проскальзывать в направлении вращения зубчатого колеса 9, так как угловая скорость вращения w центрального вала 2 под действием Т значительно выше угловой скорости вращения w ведомого зубчатого колеса 9 приводимого моментом Т. Таким образом, проскальзывание муфты 11 предотвращает передачу крутильных колебаний к валу двигателя 14.
дин
дин
2
2
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 9, которое становится ведущим, вращаясь с угловой скоростью w в направлении действия динамического момента Т. Зубчатое колесо 9 приводит во вращение зубчатое колесо 15 с угловой скоростью в направлении, противоположном вращению вала 12, при этом происходит выключение предохранительной муфты 16, у которой момент срабатывания Т определяется условием:
2
Таким образом, момент Т от двигателя 14 привода центрального вала 2 не противодействует свободным крутильным колебаниям центрального вала 2 и валов 5 вместе с закрепленными зубьями 6. 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.
При работе устройства большее количество зубьев 6 взаимодействует с рабочей средой, вследствие сложного вращения зубьев 6 относительно валов 5, которые в свою очередь вращаются относительно центрального вала 2, что обеспечивает меньшее количество взаимодействий зубьев со средой, приходящихся на один зуб, уменьшается износ зубьев, увеличивая их срок службы зубьев, и в конечном итоге повышает производительность устройства.