УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ СОСУЛЕК
DEVICE FOR BREAKING ICICLES

Изобретение относится к вопросам обслуживания жилищно-коммунального хозяйства, 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 крыши по кромке карниза подвижного рабочего органа с изогнутыми под карниз самоустанавливающимися плечевыми захватами и привод, со стоящий из рычага с верхней петлей, опорным прижимным плечом, боковыми уравновешивающими опорами-полозьями и страховочного каната /см. заявку PФ на патент на изобретение №2002103177/07, 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, ножа, в котором наконечник снабжен подкосом и якорем, закрепленным оттяжками к парапетному ограждению, нож выполнен с консолью, закрепленной на наконечнике, а якорь представляет собой изогнутую полосу из водостойкого материала, расположенного на крыше, причем наконечник, подкос и консоль соединены между собой с возможностью изменения положения ножа /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 сложноеть, 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 и при полной автоматизации процесса, принципиально отличного от известных и обеспечивающего процесс предварительного раздельного формирования сосулек на жестких направляющих арматурных стержнях и последующее разрушение сосулек силовым воздействием на них изнутри за счет плавного и релейного изгиба арматурных стержней под действием изменения температуры окружающей среды.
Технический результат - предельное упрощение устройства, 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 взаимодействия непосредственно с каждой из сосулек по отдельности, особенность заключается в том, что данный механизм выполнен в виде системы свободно свисающих вниз вдоль края крыши через определенное шаговое расстояние жестких прямолинейных стержней, являющихся направляющими для стекания с крыши воды при таянии снега и льда и, соответственно, арматурой для образующихся сосулек, при этом каждый стержень состоит из нескольких отрезков толстого стального провода, соединенных /сваренных/ концами друг с другом через узкие пластинки из сплава с эффектом термомеханической памяти формы /ПМФ/ с различными температурными порогами срабатывания в диапазоне температур -5°С÷+5°С активного сосулькообразования и/или/ из термобиметалла.
На чертежах схематично приведено предлагаемое устройство на виде на здание сбоку, при этом на фиг.1 показано устройство в исходном состоянии арматурных стержней за пределами рабочего диапазона температур; на фиг.2 - устройство после срабатывания стержней в рабочем диапазоне температур.
Устройство для разрушения сосулек 1 по периметру крыши 2 здания 3 содержит механизм осуществления контакта и силового взаимодействия непосредственно с каждой из сосулек 1 по отдельности, выполненный в виде системы свободно свисающих вниз вдоль края крыши 2 через определенное шаговое расстояние жестких прямолинейных стержней 4, являющихся направляющими для стекания с крыши 2 воды при таянии снега и льда, и, соответственно, арматурой для образующихся сосулек 1, при этом каждый стержень 4 состоит из нескольких отрезков 5 толстого стального провода, соединенных /сваренных/ концами друг с другом через узкие пластинки 6 из сплава с эффектом термомеханической памяти формы [ПМФ] с различными температурными порогами срабатывания в диапазоне температур -5°С÷+5°С активного сосулькообразования и/или/ из термобиметалла. Указанный механизм размещен на участке крыши 2 с повышенной опасностью образования сосулек 1 и прикреплен вдоль верхней кромки стены здания 3, контактирующей с крышей 2, с помощью жесткой планки 6 с последовательностью выполненных в ней через заданное шаговое расстояние вертикальных сквозных отвестий 7. Верхние части стержней 4 вставлены в данные отвестия 7 плотно с натягом, при этом выходящие на верхнюю плоскость планки 6 концы стержней 4 загнуты и препятствуют проваливанию стержней 4 в отвестия 7. Для изготовления пластинок 6 с ПМФ использован сплав никелид титана /нитинол/ TiNi, относящийся к классу интерметаллических соединений. Данный сплав наиболее широко применяется на практике для подобных целей, и температурные пороги срабатывания в диапазоне температур -5°С÷+5°C довольно легко реализуются. Физический процесс изготовления сплавов с эффектом ПМФ уже в течение многих лет серийно отработан и описан в многочисленной литературе, поэтому нет смысла на этом подробно останавливаться. Для изготовления пластинок 6 из термобиметалла целесообразно использовать материал со слоями из железоникелевых сплавов, например, инвар ЭН 36. Этот материал отличается максимальными упругими и механическими свойствами именно в указанном выше диапазоне рабочих температур и вокруг данного диапазона с обеих сторон. На фиг.1 и 2 показан частный вариант устройства, в котором всего использованы три пластинки 6, причем все три пластинки 6 выполнены из сплава с ПМФ /просто у сплавов с ПМФ резкий скачкообразный изгиб по сравнению с малым плавным изгибом термобиметалла хорошо иллюстрируется графически, см. фиг.2/. Однако реальное устройство включает пластинки 6 из обоих вышеуказанных материалов. Стержни 4 являются направляющими для стекания с крыши 2 воды при таянии снега и льда, и, естественно, они одновременно будут являться арматурой при образовании сосулек 1. Определенное шаговое расстояние между стержнями 4 /порядка 5 см/ с одной стороны обеспечивает стекание воды с крыши 2 только по стержням 4 и, соответственно, образование сосулек 1 только на стержнях 4, а с другой - обуславливает формирование одиночных сосулек 1 раздельно на каждом стержне 4 без их взаимного объединения в единое тело, что затрудняет процесс удаления сосулек 1. Длина стержней 4 порядка 10-15 см обеспечиваете одной стороны, надежное удержание сосулек 1 на стержнях 4 в спокойном состоянии, а с другой - оптимальные условия для разрушения сосулек 1 при изгибе стержней 4.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В спокойном состоянии стержней 4 при заданных длинах стерней и шаговых расстояниях между ними сосульки 1 сформированы раздельно на стержнях /см. фиг.1/, и свободно свисают вниз по краю крыши 2. Опишем для упрощения /см. выше/ работу устройства /см. фиг.1/, в котором отрезки стержней 5 соединены в единый стержень 4 только тремя пластинками 6, выполненными из сплава с ПМФ-эффектом термомеханической памяти формы. В действительности /см. выше/ таких пластинок 6, настроенных на температурные пороги срабатывания в рабочем диапазоне температур -5°С÷+5°С может быть любое число, а кроме того часть пластинок 6 могут быть выполнены из термобиметалла. Пусть, например, три вышеуказанные пластинки 6 настроены на температурные пороги срабатывания соответственно, -2°С, 0°С и +2°С, а изменение температуры окружающей среды происходит от значительных минусовых температур к 0°С и далее к плюсовым температурам /резкое потепление/. Отметим, что при по погодах, характерных для интенсивного сосулькообразования, температура окружающей среды значительно изменяется в течение суток /ночь, день, Солнце, ветер, дождь и т.п./. При приближении температуры от низких минусовых значений к нижней границе вышеуказанного диапазона, т.е.к -5°С, на крыше начинается таяние снега и льда, и, соответственно, процесс сосулькообразования. При падении температуры до -2°С одна из пластинок 6 из ПМФ скачком срабатывает /см. фиг.2/, и переходит из плоского состояния в изогнутое /уголок/, при этом стержень 4, состоящий из отрезков 5 стержней, перейдет из прямолинейного в ломаное состояние, происходит процесс разрушения сосулек I на стержне. При t=0°C сработает вторая пластинка, при t=+2°С - третья пластинка и т.п. Первое же срабатывание при t=-2°С достаточно для разрушения сосульки на мелкие части /см. фиг.2/, опадающие вниз и не опасные для расположенных внизу объектов и людей. Однако после скачкообразного срабатывания уже на ломаном стержне, например, при t=-1°C могут опять возникнуть сосульки, которые разрушатся при t=0°C и т.п. Отсюда ясно, что чем плотнее перекрыт возможный диапазон -5°C÷-+5°С интенсивного сосулькообразования, тем больше вероятность, что все сосульки 1 будут разрушены. При обратном увеличении температуры окружающей среды от положительных значений к отрицательным пластинки 6 с ПМФ сработают поочередно в другую сторону, опять приняв плоское состояние, стержень 4 будет опять выпрямляться, и сосульки 1 опять разрушаться /если успеют заново образоваться/. Пластинки 6 из термобиметалла 6, в отличие от сплава с ПМФ, изгибаются плавно и их деформации малы. Однако они происходят практически непрерывно при любом изменении температуры в любом диапазоне. Это приводит к расстрескиванию сосулек, не дает им возможности сформироваться до значительных размеров в условиях постоянного изгиба /плавания/ арматурных стержней. Однако как показывают эксперименты, сочетание в одном стержне 4 сплавов с ПМФ и термобиметалла особенно эффективно.
Предлагаемое устройство предельно просто по конструкции и процессу эксплуатации, универсально и эффективно, позволяет полностью автоматизировать процесс разрушения сосулек, исключить практически участие в этом человека, исключить необходимость поднятия последнего на крышу здания и наблюдения за процессом образования сосулек, обеспечивает возможность применения практически для любого типа зданий и конструкций их крыш.