РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СНЕЖНО-ЛЕДЯНОГО НАКАТА С ПОВЕРХНОСТИ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ
WORKING ELEMENT TO REMOVE SNOW AND ICE SLIPPERY COAT FROM SURFACE OF ROADS AND AERODROMES

Изобретение относится к машинам для очистки поверхности дорог и аэродромов в зимний период, в частности является рабочим органом для уборки уплотненного снега, снежно-ледяных образований и гололеда.
Известна машина для скалывания льда с мостовых [а.с. СССР №55609, Е01Н 5/12, опубл. 31.08.1939 г.], содержащая металлическую раму с установленными на ней в передней части дисковыми ножами; скребковый транспортер, расположенный в поперечном направлении позади ножей; отвал и дополнительные дисковые ножи, расположенные ступенчато, находящиеся за транспортером; и несколько скребковых транспортеров.
Недостатками рабочего органа являются: наличие большого количества активных исполнительных органов, привод которых требует значительных затрат энергии, дисковые ножи различной геометрической формы ориентированы перпендикулярно поверхности разрушаемого массива, чем обеспечивается лобовое резание - более энергоемкое, чем тангенциальное.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рабочий орган льдоскалывающей машины [а.с. СССР №1404572, Е01Н 5/12, опубл. 23.06.1988 г.], включающий раму, установленную с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками, расположенными в плане клином. Рабочий орган снабжен гидросистемой.
Недостатки рабочего органа следующие.
1. Элементы гидросистемы рабочего органа, обеспечивающие ударное воздействие режущего инструмента на разрушаемый массив и подъем (отрыв) режущих дисков от поверхности очищаемого покрытия: основные и дополнительные гидрораспределители, основное и дополнительное реле времени и электромагниты управления, существенно усложняют конструкцию рабочего органа и требуют значительных затрат энергии.
2. В конструкции использованы режущие диски с непрерывным двусторонним симметричным клиновым ободом, конструктивно предназначенные для расположения только под прямым углом к разрушаемому массиву, чем обеспечивается лобовое резание - более энергоемкое, чем тангенциальное.
3. Режущие диски перемещаются по поверхности без проворачивания. Режим резания в данном случае требует более значительных затрат энергии, по сравнению с режимом резания при вращающихся дисках, и способствует неравномерному и ускоренному износу режущих кромок инструмента.
4. Конструкция рабочего органа не исключает контакта режущей кромки диска с очищаемым покрытием, что может привести к повреждению последнего.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости и повышение эффективности процесса механического разрушения прочного снежно-ледяного наката.
Технический результат достигается тем, что в рабочем органе для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов, содержащем раму, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками, и гидросистему, новым является то, что рама, оснащенная двумя рояльными колесами, размещенными в ее задней части, установлена с возможностью поворота только в вертикальной плоскости, на свободных концах рычагов размещены режущие диски с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых установлен на оси с возможностью свободного вращения вокруг нее и под углом α к продольной оси рабочего органа, большим основанием наружу, два передних режущих диска размещены на общем рычаге и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения, а гидросистема включает гидроцилиндры одностороннего действия.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид сверху; на фиг.4 - гидравлическая схема.
Рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов состоит из рамы 1 (фиг.1), связанной посредством двух пар гидроцилиндров 2 и 3, вилки 4, кронштейна 5 и пальца 6 с тяговой рамой базовой машины с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно оси пальца 6. К раме 1 шарнирно прикреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги 7, соединенные с гидроцилиндрами 8 одностороннего действия, имеющими штоки 9. На свободных концах рычагов 7 (фиг.2) размещены режущие диски 10 с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых содержит втулку 11 и установлен на оси 12 с возможностью свободного вращения вокруг нее в вертикальной плоскости большим основанием наружу и углом α между плоскостью большего основания и продольной осью рабочего органа. Оси 12 зафиксированы от осевого перемещения гайками 13. Два передних режущих диска 14 и 15 (фиг.3), имеющих меньший угол заострения, размещены на общем рычаге 16 и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения. Режущие диски 10, 14 и 15 установлены на раме 1 в плане клином, симметрично относительно продольной оси рабочего органа. В задней части рамы 1 (фиг.1, 3) с ее тыльной стороны установлены два рояльных колеса 17, каждое из которых прикреплено к раме 1 посредством кронштейна 18, стойки 19, оси 20 и вилки 21, состоящей из двух параллельных установленных вертикально пластин 22 с отверстиями для установки оси 23. Ось 20 и вилка 21 (фиг.1) соединены шарнирно посредством пальца 24. Для регулировки глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив в направляющей крестовины 25 с возможностью продольного перемещения в ней установлен болт 26 с гайками 27 и 28, нижним концом шарнирно закрепленный на свободном конце рычага 29 вилки 21 посредством оси 30. Крестовина 25 установлена на свободном конце рычага 31 оси 20 с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно оси 32. Гидравлический насос 33 (фиг.4) посредством напорной линии 34 подключен к трехпозиционному четырехлинейному гидрораспределителю 35, обеспечивающему его сообщение в одной из позиций с регулятором давления 36, а в другой - с манометром 37, гидроаккумулятором 38 и бесштоковыми полостями гидроцилиндров 39 одностороннего действия, каждый из которых связан одним концом с рамой 1 (фиг.1), а другим - с кронштейном соответствующего рычага 7 и общего рычага 16. Сливная линия 40 (фиг.4) соединяет гидрораспределитель 35 с гидробаком 41.
Согласно изобретению рабочий орган устанавливается на очищаемое покрытие из транспортного положения в рабочее при помощи гидроцилиндров 2 и 3 базовой машины. Регулировка глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив осуществляется изменением положения рамы 1 относительно тяговой рамы базовой машины. Передняя часть рамы 1 при извлеченном пальце 6 перемещается гидроцилиндрами 3 вверх или вниз до положения, при котором обеспечивается зазор между режущими кромками дисков 14 и 15 и очищаемым покрытием. При этом отверстия в вилке 4 совмещаются с одним из ближайших отверстий в кронштейне 5, и соединение фиксируется пальцем 6. Положение задней части рамы 1, исключающее контакт режущих кромок дисков 10 с очищаемым покрытием, устанавливается посредством регулировки рояльных колес 17. При последовательном вращении гаек 27 и 28 влево болт 26 внутри направляющей крестовины 25 перемещается вверх, воздействуя при этом на свободный конец рычага 29, жестко закрепленный с вилкой 21, которая в результате поворачивается относительно оси 24 влево вместе с закрепленным на ней рояльным колесом 17. При этом задняя часть рамы 1 опускается. При последовательном вращении гаек 28 и 27 вправо болт 26 внутри направляющей крестовины 25 перемещается вниз. Вилка 21, несущая рояльное колесо 17, поворачивается на оси 24 вправо, в результате чего опирающаяся на него рама 1 поднимается. Затем от насоса 33 гидрораспределителем 35 производится подпитка гидроаккумулятора 38 до необходимого по прочности удаляемого снежно-ледяного наката давления, величина которого контролируется по манометру 37.
Рабочий орган перемещается базовой машиной в направлении V и режущие диски 10, 14, 15, врезаясь в снежно-ледяной накат, разрушают его. При этом установленные на общем рычаге 16 режущие диски 14 и 15 взаимодействуют с цельным закрытым со всех сторон массивом, осуществляя блокированную схему резания.
Расстояние h между режущими кромками дисков 14 и 15 не должно быть малым. Его величину следует подбирать экспериментально, из условия наибольшей эффективности разрушения уступа забоя, остающегося в промежутке между дисками 14 и 15. Этим обеспечивается блокированное резание разрушаемого массива двумя отдельными дисками с односторонним непрерывным клиновым ободом, значительно менее энергоемкое, чем резание при минимальных значениях h, когда сближенные диски 14 и 15 фактически представляют собой один целый режущий диск с двухсторонним симметричным клиновым ободом.
Каждый из режущих дисков 14 и 15, перекатываясь по забою и взаимодействуя с разрушаемой средой в месте контакта режущей кромки с ней, создает напряжения. При достижении напряжениями предельных значений происходит растрескивание материала, скол и отделение фрагментов разрушения различной величины, которые под воздействием боковой конусной поверхности режущего диска вытесняются из забоя. Уступ забоя в промежутке между дисками 14 и 15 растрескивается и разрушается в результате воздействия силовых линий горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих усилия резания, возникающих в месте контакта режущих кромок дисков с разрушаемой средой. Установка режущих дисков 14 и 15 с углом β между большими их основаниями обеспечивает уменьшение трения поверхности этих оснований о материал разрушаемого массива. В результате одновременного воздействия режущих дисков 14 и 15 на разрушаемый цельный массив образуется борозда, содержащая фрагменты разрушенного материала различной величины. Глубина борозды определяется заданной глубиной резания, а ширина - рабочей зоной пары режущих дисков 14 и 15, а также углами продольного и поперечного сколов разрушаемого материала.
а
Механизм взаимодействия с разрушаемой средой режущих дисков 10, 14 и 15 аналогичен. Однако первой следующей за дисками 14 и 15 парой дисков 10, расположенных симметрично относительно главной оси рабочего органа, совершается резание уже частично разрушенного массива. Скол и отделение фрагментов разрушения происходит при меньших затратах энергии и сопровождается их сдвигом в сторону полученной ранее борозды. Таким образом, имеет место полублокированная схема резания, значительно менее энергоемкая, чем блокированная. Эта схема реализуется и каждой последующей парой режущих дисков 10, расположенных симметрично относительно главной оси рабочего органа, осуществляющей резание массива частично разрушенного предыдущей парой. Установка каждого из режущих дисков 10 под углом α к продольной оси рабочего органа обеспечивает уменьшение трения поверхности большего основания диска о материал разрушаемого массива. Рабочие зоны режущих дисков взаимно перекрываются, чем обеспечивается разрушение снежно-ледяного наката по всей ширине захвата рабочего органа, которая определяется расстоянием  между наиболее удаленными от оси рабочего органа точками режущих кромок задней симметричной пары режущих дисков 10. Количество симметричных пар режущих дисков 10 может меняться в зависимости от конструкции и мощности базовой машины, несущей рабочий орган.
При встрече любого из режущих дисков 10 или пары дисков 14-15 с препятствием, прочность которого выше предела прочности разрушаемого наката, диски поднимаются, преодолевая давление, создаваемое гидроаккумулятором 38, и перекатившись по поверхности препятствия, возвращаются в исходное положение. Этим предотвращается поломка режущих дисков.
В данном изобретении упрощается конструкция рабочего органа, в том числе и гидравлическая схема. Разрушение прочного снежно-ледяного наката осуществляется в тангенциальном режиме режущими дисками с непрерывным односторонним клиновым ободом, свободно вращающимися на соответствующих осях, чем обеспечивается разрушение с меньшими затратами энергии при равномерном износе режущих кромок инструмента. Регулировкой глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив исключается контакт режущей кромки диска с очищаемым покрытием.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно снизить энергоемкость и повысить эффективность процесса механического разрушения прочного снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов.