УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПЛИТ И ПОКРЫТИЙ РАСКАЛЫВАНИЕМ И ДРОБЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для дробления и раскалывания крупногабаритных изделий из глины, камня, бетона, железобетонных плит, а также для разрушения асфальтового покрытия, ледового покрова, в частности, вблизи нефтедобывающих морских платформ, впереди морских и речных судов, на дорогах и в других случаях, когда имеет место толстый слой оледенения.
Известно устройство - «Виброраскалыватель», патент RU 2355845 С1, E01H 5/12, опубликованный 20.05.2009 в Бюл. №14. В этом устройстве дробящие инструменты вмонтированы в плиту, вибрация которой сообщается определенным образом установленными на ней дебалансными вибровозбудителями. Вращение роторов вибровозбудителей осуществляется через редуктор или клиноременную передачу от двигателя внутреннего сгорания. Устройство перемещают по ледовому покрытию с помощью колесной пары.
К недостаткам этого устройства следует отнести сложность конструкции, требующей использования относительно дорогого дебалансного вибровозбудителя, содержащего тяжело нагруженные подшипники качения и требующего значительных непроизводительных энергозатрат, а также редуктора или клиноременной передачи, сложность необходимой регулировки расстояния от наконечника разрушающего инструмента до разрушаемого объекта.
Известно также «Устройство для разрушения льда» (патент RU 2113580, E02B 15/02, от 20.06.1998 г.), предназначенное для разрушения льда у причальных сооружений, перемещаемое с помощью подъемно-транспортного средства, принятое за прототип.
Устройство включает подвижную часть, состоящую из заостренного конусообразного рабочего органа, соединенного с вертикальным цилиндрическим кожухом, в котором установлен вибромолот, связанный кабелем с источником энергии, и неподвижную часть в виде поплавка, устанавливаемого на ледовое поле и снабженного отверстием, в которое вводится подвижная часть устройства, имеющая возможность возвратно-поступательного перемещения. Подъемная сила поплавка превышает вес подвижной части устройства. К верхней части устройства прикреплено амортизирующее упругое кольцо. Кроме этого, устройство снабжено нагревателем. Устройство перемещается с помощью подъемно-транспортного средства (крана). При работе устройства вибрация вибромолота передается подвижной части устройства, которое под воздействием собственного веса и вибрации производит разрушение льда. Основным недостатком устройства-прототипа является сложность конструкции и то, что оно позволяет осуществлять дробление только льда и на большие куски, то есть имеет ограниченные возможности и сферу применения.
В основу полезной модели поставлена задача расширения арсенала средств, и создание простой конструкции, позволяющей производить разрушение крупногабаритных объектов из различных материалов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности дробления.
Поставленная задача решается тем, что устройство для разрушения плит и покрытий раскалыванием и дроблением имеет в своем составе разрушающий рабочий орган и снабжено амортизатором и средством для подсоединения к подъемно-транспортному устройству. От прототипа устройство отличается тем, что в качестве рабочего органа в нем используется совокупность пневмоударных инструментов, закрепленных на нижней плите. При этом средство для подсоединения к подъемно-транспортному устройству закреплено на верхней плите, между плитами установлен амортизатор, а само устройство снабжено системой управления, предназначенной для изменения усилия статического воздействия. Пневмоударные инструменты могут быть установлены таким образом, чтобы обеспечивалась возможность расположения их заостренных наконечников на разных уровнях относительно нижней поверхности нижней плиты.
В качестве амортизатора может быть использована система пружин. В устройстве могут быть использованы пневмоударные инструменты как одинаковой, так неодинаковой мощности.
Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации с использованием в качестве амортизатора системы пружин.
Пример реализации иллюстрируется Фигурой, на которой представлен общий вид предлагаемого устройства, подвешенного с помощью троса на подъемно-транспортном устройстве.
Устройство содержит нижнюю плиту 1, которая путем пружин 2 растяжения-сжатия связана с верхней плитой 3. Вместо представленных в примере пружин 2 может использоваться любой приемлемый амортизатор, обладающий достаточной демпфирующей способностью, например, пневматическое или гидравлическое амортизирующее устройство. На нижней поверхности нижней плиты 1 посредством держателей 4 закреплены пневмоударные инструменты 5, в качестве которых могут быть использованы серийно выпускаемые перфораторы. На одном устройстве может быть закреплено до 20 и более перфораторов. Как показано на Фигуре, они закреплены на нижней плите 1 таким образом, что их заостренные наконечники расположены на разных уровнях относительно нижней поверхности этой плиты. Устройство подвешивается к тросу 6 подъемно-транспортного устройства 7, например, с помощью проушин. Трос 6 снабжен датчиками, позволяющими измерять натяжение троса, а само устройство снабжено системой управления (на Фигуре не показано), предназначенной для изменения натяжения троса, и тем самым для изменения усилия статического воздействия.
Для раскалывания железобетонной плиты или ледяного покрова 8 устройство устанавливается над разрушаемым объектом при помощи подъемно-транспортного устройства 7, опускается до соприкосновения с разрушаемым объектом, после чего на инструменты начинают действовать реакция разрушаемого объекта (-F), а на устройство - равная и противоположная сила F. При этом сила натяжение T троса 6 становится равной разности между весом P устройства (сумма веса обеих плит, перфораторов с элементами их закрепления и амортизатора) и силой F:
Реакция (-F) представляет собой суммарную силу сопротивления разрушаемого объекта проникновению наконечников инструмента; эта сила зависит от прочностных свойств разрушаемого объекта. Вес P устройства должен быть больше силы F, поэтому, согласно формуле (1), натяжение троса T должно быть всегда положительно. Для эффективности процесса разрушения, в зависимости от стадии разрушения, варьируют величину натяжения троса, с обеспечением определенной силы воздействия инструментов на разрушаемый объект. Это может быть обеспечено либо оператором через устройство управления натяжением троса, либо по программе автоматическим управляющим устройством с отрицательной обратной связью.
Важным элементом предлагаемого устройства являются пружины 2, соединяющие плиты 1 и 3. Они, совместно с плитой 3, виброизолируют трос и все подъемно-транспортное устройство от действия знакопеременных усилий, передаваемых от пневмоударных инструментов на плиту 1. С этой целью они должны быть достаточно «мягкими», что сводится к требованию, чтобы частота λ свободных колебаний нижней плиты с инструментами была, по крайней мере, в три раза ниже частоты ω ударов при работе инструментов (см., например, монографию В.Л.Бидермана, Теория механических колебаний. - М. - Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2009. - 414 с.). Поскольку
где c - жесткость пружин,
m - масса нижней плиты с инструментами, то условие сводится к следующему требованию для жесткости пружин
Для повышения эффективности работы устройства наконечники инструментов могут располагаться на разных уровнях относительно нижней поверхности нижней плиты. Для этого в конструкции предусмотрены дополнительные узлы или детали, не являющиеся предметом настоящей полезной модели. Инструменты могут отличаться один от другого развиваемым усилием и мощностью. На первых этапах дробления в контакте с объектом находятся нижние наконечники, которые осуществляют предварительное охрупчивание и дробление на большие куски. Затем трос опускается настолько, что дополнительно вводятся в работу наконечники верхнего уровня. Нагрузка перераспределяется, что позволяет в сумме экономить усилия и мощность при дроблении на мелкие куски. Степень дробления зависит от поставленных задач и достигает уровня, позволяющего осуществлять дальнейшую транспортировку и утилизацию раздробленного материала, а для льда - достаточно мелкие куски, чтобы они не разрушали опоры платформ или позволяли беспрепятственно проходить судну. Подтягиванием и опусканием троса осуществляется управление процессом.
Таким образом, в отличие от прототипа, воздействие на разрушаемый материал осуществляется на площади (например, 5×5 м) и дробление осуществляется на более мелкие фракции. Перенастройка параметров устройства позволяет его использовать для различных объектов и различных материалов. Простота конструкции обеспечивается возможностью применения серийно выпускаемых перфораторов.