ЛЕДОРЕЗ
ICE CUTTER

Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к ледокольному устройству судна, которое соединяется с носовой частью судна для раскалывания сплоченного льда, плавающего на поверхности воды. Ледокольное устройство включает центральную часть, скользящую и примыкающую на одной стороне льда, и одну или несколько боковых частей, скользящих на противоположной стороне льда.
Его целью также является обеспечение решения, которое позволяет небольшим судам раскалывать лед, при этом благодаря конструкции ледокольного устройства поднимаемый лед плавно перемещается и естественным образом проталкивается под ледяной покров по бокам так, чтобы в промежутке оставалось минимальное количество расколотого льда. Настоящий метод может быть применен на судах всех размеров и на всех типах льда.
Предпосылки создания изобретения.
Как правило, ледокольное устройство плавучее средство для плавания в покрытых льдом водах.
В сравнении с другими плавучими средствами ледокольное устройство обладает усиленным корпусом и мощными двигателями.
В ледокольном устройстве мощность двигателя используется для того, чтобы носовая часть раскалывала лед под собственным весом. Корпус рассчитан на отведение льда под себя или в стороны.
Уровень техники изобретения
В US4436046 А приводится носовая часть плавучего средства, выполненная с выгнутыми наклонными плоскостями с режущими устройствами, которые врезаются в лед снизу.
В DE2229621 приводится плужное устройство, образующее ледокольное устройство, швартуемое к носовой части плавучих средств, для раскалывания льда снизу. В RU2276037 С2 приводится ледокольное устройство, которое подпирает нижнюю часть льда, в то время как вертикальный подвижный клиновидный элемент разрезает верхнюю часть льда.
В US7779771 В2 приводится ледокольное устройство, выполненное в виде тримарана.
В US77366 приводится ледокольное устройство с балками, которые ложатся на лед, в то время как плужный элемент врезается в лед снизу, разрезая/раскалывая его. К сторонам элемента крепятся стальные пластины, которые разрезают лед в верхней части.
В US77366 более подробно показаны две параллельные балки надо льдом и центральная часть под углом с прямым передним участком, который уходит под лед. Параллельные балки снизу (в месте перехода к центральной части) оснащены зубьями для срезания слоя льда сверху и снизу ледяного покрова так, чтобы лед срезался на ширину между балками и ломался на куски центральным элементом.
Также приводятся противопоставленные материалы в виде документов US 5660131 А, US 7779771 В2, RU 2612343 С1 и WO 2017/072394 А1.
Цели настоящего изобретения
Целью настоящего изобретения является изготовление нового типа ледокольного устройства для раскалывания льда вдоль балки межу частями. Центральная часть раскалывает лед о боковые части на каждой стороне, что образует линию раскалывания на каждой части. В продольном направлении лед раскалывается благодаря деформации в верхнем направлении из-за подъема центральной части. Центральная погружаемая часть наклоняется к каждой стороне, образуя кулачок. Лед поднимается и ломается, в то время как боковые части скользят поверх льда, предотвращая его подъем, в результате чего воздействие всех вертикальных сил, раскалывающих лед, остается внутренним между этими частями.
Центральные части поднимают лед под малым углом к осевой линии по принципу клина, требующего незначительного усилия в направлении вперед для обеспечения значительной подъемной силы. Это обеспечивает возможность для небольших плавучих средств с двигателями средней мощности раскалывать толстый лед. Также целью является создание решения, позволяющего небольшим плавучим средствам раскалывать толстый лед и в то же время направлять лед под ледяной покров благодаря конструкции, поднимающей лед под углом так, чтобы он естественным образом соскальзывал под действием собственного веса, и форме ледокольного устройства. Это позволит обеспечить проход, в котором практически не остается льда. Настоящий метод может быть применен на плавучих средствах всех размеров и на всех типах льда. Ледокольное устройство, представленное на фигуре, является отдельным элементом, пришвартованным к носовой части судна, но решение также предусматривает использование в качестве составной части судна.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению представлено ледокольное устройство судна, которое соединяется с носовой частью судна для раскалывания сплоченного льда, плавающего на поверхности воды. Ледокольное устройство включает центральную часть, скользящую и примыкающую на одной стороне льда, и одну или несколько боковых частей, скользящих на противоположной стороне льда, при этом центральная часть и боковые части проходят параллельно вперед на практически одинаковую длину и взаимодействуют друг с другом при раскалывании льда, предотвращая его подъем. Узкий и острый нижний край боковых частей, контактирующий со льдом, создает линию раскалывания в ледяном покрове, а центральная часть включает выступающую вперед кулачковую конструкцию для раскалывания льда между боковыми частями.
Предпочтительно, чтобы точки врезания в лед для центральной части и боковых частей находились на одной линии друг с другом.
Выступающая вперед кулачковая конструкция центральной части может представлять собой погружаемую часть, частично скользящую подо льдом, плавающим на поверхности, а две или более боковых частей могут быть упорными частями, скользящими надо льдом, плавающим на поверхности.
Выступающая вперед кулачковая конструкция центральной части может регулироваться для подъема и раскалывания льда между боковыми упорными частями. Выступающая вперед кулачковая конструкция центральной части, которая контактирует со сплоченным льдом, может включать наклоненный и острый край для создания линии раскалывания льда.
Выступающая вперед кулачковая конструкция центральной части может наклоняться в направлении носовой части судна.
Боковые упорные части и центральная погружаемая кулачковая конструкция могут жестко соединяться друг с другом.
Ледокольное устройство может представлять собой отдельный элемент, присоединяемый к носовой части судна.
Ледокольное устройство может дополнительно встраиваться в носовую часть судна.
Одна или несколько боковых частей включают задний ледовый резак для дополнительного раскалывания льда.
Одна или несколько боковых частей могут дополнительно включать прямоугольный ходовой элемент, проходящий в продольном направлении внизу упомянутой боковой части.
Зазор между центральной частью и боковыми частями может регулироваться.
В одном варианте осуществления центральная часть может скользить надо льдом, плавающим на поверхности, а две или более боковых частей могут быть погружаемыми упорными частями, скользящими подо льдом, плавающим на поверхности.
Описание чертежей
Предпочтительные варианты изобретения будет представлены в следующем подробном описании со ссылками на прилагаемые фигуры, где:
На фигурах 1-3 представлены основные эскизы примера одного варианта осуществления настоящего изобретения.
На фигурах 4 и 5 представлено два варианта осуществления изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
Настоящее изобретение включает ледокольное устройство 10, выполненное с первой соединительной частью 18 для соединения с носовой частью 12а судна 12. Соединительная часть 18 предпочтительно имеет вырез 28 в форме носовой части 12а судна 12.
Для раскалывания сплоченного льда 40, плавающего на поверхности воды (ссылочный номер 20 указывает ватерлинию судна 12) ледокольное устройство 10 включает центральную часть 14, скользящую на одной стороне льда 40, и две или более боковых частей 16, скользящих на противоположной части льда 40.
Центральная часть 14 и боковые части 16 проходят параллельно в направлении вперед и взаимодействуют друг с другом при раскалывании льда 40, предотвращая его подъем. Центральная часть 14 и боковые части 16 могут проходить в направлении вперед на практически одинаковую длину. Узкий и острый нижний край боковых частей 16, контактирующий со льдом 40, создает линию раскалывания 50 в ледяном покрове 40, а центральная часть 14 включает выступающую вперед кулачковую конструкцию 14а для раскалывания льда 40 между боковыми частями 16. Центральная часть 14 и боковые части 16, вне зависимости от того, проходят ли они в направлении вперед на одинаковую длину или нет, будут включать соответствующие точки врезания в лед 40, которые находятся на одной линии друг с другом, т.е. на одной поперечной линии в передней части судна.
Центральная часть 14 в одном варианте осуществления представляет собой центральную погружаемую часть 14 или конструкцию, которая соединяется с носовой частью 12а судна 12. Ледокольное устройство 10 также имеет две (или более) боковые части 16, которые скользят надо льдом 40 и функционируют как упоры для вертикальных сил от центральной части 14, таким образом, обеспечивая наличие противодействующей силы. Ледокольное устройство 10 будет функционировать аналогичным образом в случае присоединения к корме судна, если это будет целесообразно.
Центральная часть 14 на фигурах 4 и 5 скрыта за одной из боковых частей 16 и льдом 40.
Как видно из фигур 2 и 3, центральная часть 14 может иметь стоповидную форму, присоединяемую к направленной вниз подпорке 30, идущей от соединительной части 18. «Стойка» может быть подогнана к боковым поверхностям 32, наклоняясь в направлении подпорки 30, при этом выступающая вперед кулачковая конструкция 14а проходит в направлении пальца стойки и образует часть стойки, направленную вверх. Ледокольное устройство 10 предпочтительно используется в первом положении, как показано на прилагаемых фигурах, т.е. с погруженной центральной частью 14 и боковыми частями 16, скользящими на верхней части ледяного покрова 40; но ледокольное устройство 10 может также использоваться в противоположном положении, т.е. центральная часть 14 будет ударяться о верхнюю часть ледяного покрова 40, а боковые части 16 будут погружаться. Однако настоящее изобретение описывается в заявке в первом положении.
Изобретение относится к ледокольному устройству 10, которое раскалывает лед 40 с помощью боковых частей 16, функционирующих в качестве упорных или удерживающих частей на каждой стороне. В центре расположена погружаемая конструкция 14, которая наклонена от верхней части конструкции к передней или нижней части конструкции, таким образом, образуя кулачковую конструкцию 14а. Лед поднимается и ломается, в то время как боковые части 16 скользят поверх льда 40, противодействуя вертикальной силе от центральной части 14 при раскалывании льда 40. Боковые части 16, действующие как упор для центральной кулачковой конструкции 14а, жестко соединяются друг с другом, чтобы воздействие силы, раскалывающей лед, оставалось внутренним между боковыми упорными частями 16 и центральной кулачковой конструкции 14а.
Центральный продольный угол крена на кулачковой конструкции 14а обеспечивает пропорции между вертикальными раскалывающими силами и необходимой горизонтальной движущей силой, так как трение между сталью и натуральным льдом является очень низким и, таким образом, имеет незначительное влияние на необходимое движение. Центральная часть 14 функционирует как клин под ледяным покровом, и благодаря малому углу увеличение движущей силы в отношении вертикальной силы раскалывания льда является значительным.
Упругость льда в воде может быть значительной, что приводит к распределению нагрузки по большим участкам, где вода выступает противодействующей силой, но предел прочности при растяжении является низким только с одной десятой значения давления, поэтому образуется разрушение при изгибе на стороне растяжения. Это используется в настоящем ледокольном устройстве 10 посредством ограничения области воздействия сил раскалывания от кулачковой конструкции 14а; обеспечивается распределение по воде подо льдом с помощью боковых упорных частей 16 так, чтобы деформация льда сразу становилась достаточной для раскалывания, а на упругие характеристики льда не оказывалось воздействие. В то же время узкая контактная область боковых частей 16 и кулачковой конструкции действует почти как резак, концентрируя силы и образуя линии раскалывания. Режим эксплуатации ледокольного устройства 10 можно сравнить с изгибом балок до разрушения по мере продвижения по льду, который можно рассчитать по общей теории изгиба балки. Ситуация с наиболее жесткими условиями возникает, когда лед не раскалывается и непрерывно действует как опора. Во второй ситуации лед поддерживается с двух сторон с раскалыванием только с обеих сторон. В этом случае для раскалывания посередине потребуется половина силы, описанной в первой ситуации. В третьей ситуации лед поддерживается с одной стороны с раскалыванием только посередине. Для раскалывания с обеих консольных сторон потребуется только четверть силы, описанной в первой ситуации.
Выше приведены механические факты после раскалывания льда. Три части ледокольного устройства 10, т.е. кулачок в центре и опоры с обеих сторон, функционирую согласно описанию.
Опоры находятся в горизонтальном положении, в то время как центральный кулачок расположен под углом. Воздействие сил раскалывания льда в результате движения судна является нормальной при следующей пропорции:
толкающая сила судна / синус (угол кулачков) = сила для раскалывания льда.
Когда угол является малым, значение синусу угла также будет небольшим, а малая толкающая сила судна при делении на малое число дает большое число, что входит в рамки ситуации для силы раскалывания льда. Также показано, что значительное увеличение толкающей силы из-за воздействия сил раскалывания льда является внутренним между частями ледокольного устройства. Это преимущество настоящего изобретения.
Преимуществом также является то, что даже небольшие суда раскалывают толстый лед 40, а также благодаря своей форме ледокольное устройство 10 поднимает лед под углом, при котором расколотый лед естественным образом соскальзывал под сплоченный лед 40 в проходе за ледокольным устройством 10 так, что в нем практически не остается расколотого льда.
Однако для того, чтобы улучшить соскальзывание льда с прохода, ледокольное устройство 10 может оснащаться ледовым резаком 24, как показано на фигуре 24, который дополнительно раскалывает и отталкивает лед. Ледовый резак 24 проходит вниз от нижней части боковых частей 16 и может устанавливаться сзади боковых частей 16.
Как показано на фигуре 5, ледокольное устройство 10 может включать прямоугольный ходовой элемент 26 или раму, проходящую в продольном направлении в нижней части боковых частей 16, для удержания боковых частей 16 на льду 40 после его раскалывания.
Настоящий метод может быть применен на плавучих средствах всех размеров и на всех типах льда.
Для подгонки ледокольного устройства 10 под лед различной толщины предусматривается возможность регулировки зазора в вертикальном направлении между центральной частью 14 и боковыми частями 16. Например, центральная часть 14 может присоединяться к подъемному оборудованию, гидравлическим цилиндрам и т.д. для подъема центральной части 14.
На прилагаемых фигурах показано специальное исполнение, когда ледокольное устройство 10 является отдельным элементом, плавающим благодаря собственной способности держаться на воде; оно применяется на небольшом буксире 12, швартуясь к нему. Буксир 12 толкает ледокольное устройство 10 впереди себя для раскалывания льда 40. В целях безопасности зазор в проходе по бокам буксира имеет ширину самого толстого слоя льда, который можно расколоть, но при желании может быть увеличен. Такой подход обеспечивает больше места для маневрирования судна, а также для того, чтобы расколотый лед соскальзывал под сплоченный лед 40 и не оставался в проходе.