Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для обработки поверхности дорожных покрытий

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для скалывания льда и уплотненного снега с дорожных покрытий тротуаров, проезжей части дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов. Оно также может быть использовано для придания определенного рельефа старому дорожному покрытию с целью увеличения сцепляемости вновь наносимого. При установлении соответствующих сменных наконечников можно использовать и для уплотнения различных сыпучих материалов, например, основ дорожного покрытия, бетона.

Известно устройство [1] для обработки поверхности дорожных покрытий которое содержит полый неподвижный цилиндр, внутри которого соосно на подшипниках установлен вал с неподвижно закрепленными попарно спаренными дисками, при этом на поверхностях спаренных дисков закреплены дуги, имеющие радиус скругления, равный половине диаметра диска, а рабочие органы, выполненные в виде стержней со сменными наконечниками и удерживаемые в исходном положении пружинами, работающими на растяжение, установлены радиально в один ряд в отверстиях трапецеидального короба, прикрепленного к полому неподвижному цилиндру, и имеют на противоположном конце головку с парой подшипников скольжения, причем внутренние концы дуг направлены в сторону центра диска, а наружные концы каждой пары дуг завершаются на обрезе диска с возможностью подхватывания головок рабочих органов в процессе вращения вала, растягивания пружин и приподнимания рабочих органов, при этом рабочие органы расположены симметрично между двумя соседними дисками, а дуги на соседних дисках относительно друг друга расположены со сдвигом по фазе. Недостатком устройства данной конструкции является его сложность, недостаточная надежность и ремонтопригодность. Рабочие поверхности попарно работающих дуг, по которым перекатываются подшипники, требуют точного изготовления и установки, что достаточно сложно, могут вызвать перекос подшипников, сопровождающийся неравномерным и ускоренным износом рабочих поверхностей дуг и самих подшипников снижая ресурс узла рабочего органа и устройства в целом. Также уязвимым местом конструкции является шпоночное соединение, передающее крутящий момент от вала к спаренным дискам, так как пульсирующее нагружение соединения чередующимися ходами рабочих органов вызывает его перенапряжение, сопровождающееся ускоренным износом шпонки и шпоночного паза, что также отрицательно сказывается на надежности устройства, а расположение рабочих органов в замкнутом пространстве в виде полого цельного цилиндра повышает трудоемкость восстановления работоспособности отдельных рабочих органов снижая ремонтопригодность конструкции. К недостаткам устройства также следует отнести и невозможность изменения длины рабочего хода рабочих органов, так как она закладывается конструктивно при его проектировании и изготовлении.

Известен также виброраскалыватель [2], состоящий из корпуса, внутри которого размещены держатели с разрушающими покрытие инструментами, и механизма его привода, в качестве разрушающих покрытие инструментов используются раскалывающие и дробящие инструменты, а держатель вмонтирован в плиту, приводимую в колебательное вертикально направленное движение одним или двумя установленными на этой же плите вибровозбудителями, роторы которых приводятся во вращение от закрепленных на корпусе двигателя внутреннего сгорания через редуктор и клиноременную передачу, причем в случае использования двух вибровозбудителей согласованность вращения их роторов осуществляется за счет явления самосинхронизации, для устойчивой реализации которой роторы вращаются в противоположных направлениях, оси роторов параллельны и удалены от центра инерции плиты на расстояние, равное или большее радиуса инерции плиты с вибровозбудителями. Дебалансы вибровозбудителя выполнены сдвоенными, что позволяет регулировать амплитуду колебаний плиты с дробящими и раскалывающими инструментами и, следовательно, изменять усилие воздействия инструментов на ледовое покрытие или железобетонное изделие. В зависимости от толщины ледового покрытия или железобетонного изделия и для регулирования расположения инструмента относительно разрушаемой поверхности корпус с плитой может перемещаться относительно колесной пары.

Тщательное изучение описания данного изобретения и конструкции виброраскалывателя позволило выявить недостатки, которые заключаются в следующем.

1. Обеспечение автономности устройства за счет энергетических средств типа двигателя внутреннего сгорания и дополнительных передач в виде клиноременного или редуктора, закрепленных на его корпусе является задачей достаточно сложной и малоэффективной по причине ее сложности и высокой стоимости.

2. Жесткая связь держателей дробящих и раскалывающих инструментов с колеблющейся плитой лишает устройству возможности копирования рельефа обрабатываемой поверхности. Наличие в материале обрабатываемой поверхности отдельных неподатливых компонентов в виде кусков металла или горной породы делает устройство малоэффективным.

3. Вибрация подпружиненных опор вибровозбудителей, установленных на колеблющейся плите в процессе выполнения рабочего процесса, способствует их ускоренному разрушению по причине образования на дорожках качения подшипниковых колец дефектов называемых «следами ложного бринеллирования» сокращая тем самым ресурс вибровозбудителей и устройства в целом.

4. Вибрационный момент, обеспечивающий стабильность работы вибровозбудителей завязан комплексом двигательной установки и механических передач, что лишает его стабильности, а значит и эффективность работы устройства будет недостаточной (см. И.И. Блехман. Вибрационная механика. Физматлит, М., 1994, стр. 176-178).

5. В предложенной комплектности (двигатель внутреннего сгорания, редуктор, клиноременная передача и т.п.) устройство будет достаточно громоздким, шумным и малоудобным в перемещении относительно обрабатываемой поверхности, в особенности на пешеходных тротуарах и во дворах домов.

6. Жесткая связь держателей рабочих и раскалывающих инструментов с колеблющейся плитой не позволяет менять направление их воздействия на обрабатываемую поверхность.

7. Применение в качестве источника крутящего момента двигателя внутреннего сгорания вызывает дополнительное загрязнение окружающего пространства отработавшими газами, что крайне нежелательно при обработке замкнутых дворовых территорий.

Таким образом, основными недостатками известных конструкций является сложность сборки и наладки, сопровождающееся недостаточной надежностью и низкой ремонтопригодностью, невозможность копирования обрабатываемой поверхности, громоздкость и материалоемкость, высокая энергоемкость, загрязнение атмосферы токсичными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Задачей изобретения заключается в создании универсального маневренного устройства для обработки дорожных покрытий, отвечающего требованиям высокой производительности, надежности и простоты обслуживания, низкой энерго - и материалоемкости и малым давлением на окружающую среду.

Предлагаемое устройство представляет собой жесткую платформу с плоской подпружиненной рамой закрепленным на ней вибровозбудителем в виде гидромотора с дебалансами, запитанного от гидросистемы энергетического средства и секциями с рабочими органами, имеющими возможность перемещаться вдоль направляющих и группироваться при необходимости. Каждый рабочий орган подпружинен, имеет собственную обойму и может перемещаться в ней в пределах рабочей длины пружины, копируя обрабатываемую поверхность. Рабочая длина пружины регулируется и зависит от податливости обрабатываемого материала, при необходимости, пружины рабочих органов могут быть заневолены. Секции с рабочими органами имеют возможность проворачиваться в раме и менять направление воздействия на обрабатываемую поверхность рабочими органами. Изменение амплитуды колебания рамы с рабочими органами и следовательно, изменение усилия воздействия рабочих органов на обрабатываемую поверхность осуществляется перемещением дебаланса в пазу центросместителя и изменения жесткости пружин 2. В процессе удаления гололеда частота воздействия рабочих органов на обрабатываемую поверхность согласовывается со скоростью линейного перемещения энергетического средства, с помощью которого агрегатируется предлагаемое устройство.

На фиг. 1 (вид спереди) показан общий вид конструкции предлагаемого устройства для обработки поверхности дорожных и других покрытий, где приняты следующие обозначения: 1 - платформа, 2 - пружина подвески рамы, 3 - рама, 4 - рабочий орган, 5 - гидромотор с дебалансами, 6 - колесо опорное, 7 - рельеф обрабатываемой поверхности, 8 - направляющая рамы, 9 - пружина стабилизирующая.

На фиг. 2 (вид сбоку) приведен рабочий орган, где приняты следующие обозначения: 4 - рабочий орган, 10 - гайка регулировочная, 11 - шайба пружинная, 12 - гайка стопорная, 13 - шайба плоская деформируемая, 14 - обойма, 15 - пружина копирующая, 16 - корпус секции.

На фиг. 3 (вид сверху) показана секция с рабочими органами, где приняты следующие обозначения: 4 - рабочий орган, 16 - корпус секции, 23 - ось корпуса секции.

На фиг. 4 показан фрагмент рамы с опорой секции, где приняты следующие обозначения: 3 - рама, 23 - ось корпуса секции, 17 - шкворень, 18 - корпус опоры (приварен к раме 3).

На фиг. 5 показан фрагмент устройства с вибровозбудителем, где приняты следующие обозначения: 3 - рама, 5 - гидромотор с дебалансами, 19 - центросместитель, 20 - дебаланс, 21 - узел крепления дебаланса, 22 - узел крепления вибровозбудителя к раме.

Сущность изобретения заключается в следующем. Устройство содержит платформу 1 (фиг. 1) с парой гидрофицированных колес 6, позволяющих менять положение платформы 1 относительно обрабатываемой поверхности 7. На платформу 1, на четырех направляющих 8, расположенных по углам платформы, установлена на пружинах 2 и 9 рама 3. Пружины 2 и 9 позволяют раме 3 перемешаться (вибрировать) относительно платформы 1 в вертикальном направлении. Подбирая пружины различной упругости можно регулировать амплитуду колебаний рамы 3 относительно платформы 1. Наверху рамы 3 закреплен гидромотор 5 с дебалансами, который при вращении приводит в колебательное движение подпружиненную раму. При этом, рабочие органы 4 раскалывают лед с обрабатываемой поверхности, копируя ее рельеф. Рабочий орган 4 (фиг. 2), установлен в обойме 14, и подпружинен копирующей пружиной 15, которая работает на сжатие. Регулировочная гайка 10 с пружинной шайбой 11 позволяют менять рабочую длину пружины 15 и тем самым менять усилие воздействия пружины 15 на рабочий орган 4. Такая конструкция позволяет рабочему органу копировать рельеф обрабатываемой поверхности 7 и повысить качество обработки поверхности. Таким образом, каждый рабочий орган предлагаемого устройства подпружинен, имеет собственную обойму и может перемещаться в ней в пределах рабочей длины пружины копируя обрабатываемую поверхность. Рабочая длина пружины регулируется и зависит от податливости обрабатываемого материала, при необходимости пружины рабочих органов могут быть заневолены. Обойма 14 с рабочим органом 4 закрепляется на корпусе секции 16 (фиг. 2) с помощью стопорной гайки 12 и плоской деформируемой шайбы 13. Обоймы 14 с рабочими органами 4 могут перемещаться по пазу корпуса секции 16, что позволяет расположить рабочие органы устройства в различных вариантах в зависимости от рельефа обрабатываемой поверхности. Данная возможность иллюстрируется на фиг. 3, где показана отдельная секция устройства с установленными рабочими органами 4. На фиг. 3 виден паз, по которому могут перемещаться рабочие органы 4. Наибольший эффект, например, при скалывании льда с поверхности тротуаров, дорог и других поверхностей достигается тогда, когда рабочий орган воздействует на обрабатываемую поверхность не перпендикулярно, а под углом. С учетом этого, в конструкции устройства предусмотрена возможность изменения направления (угла) воздействия рабочего органа на обрабатываемую поверхность. Это достигается тем, что каждый корпус секции 16 с рабочими органами (фиг. 4) имеет возможность поворачиваться от вертикального положения вперед или назад, тем самым изменять направление (угол) воздействия рабочих органов на обрабатываемую поверхность. Конструктивно это выполнено следующим образом. Корпус опоры 18 приварен к раме 3, куда устанавливается осью секция 23. На опоре корпуса выполнены сквозные отверстия (на фиг. 3 для примера показаны три отверстия). На оси корпуса секции также выполнены соответствующее количество сквозных отверстий. Секция поворачивается от вертикального положения в ту или иную сторону до совпадения отверстий в корпусе опоры 18 с соответствующим отверстием на оси корпуса секции и фиксируется в таком угловом положении с помощью шкворня 17. В качестве источника вибрации в устройстве применяется гидромотор 5 с дебалансами 20 (фиг. 5). Дебаланс 20 закреплен в пазу центросместителя 19 с помощью узла крепления 21. Изменение амплитуды колебания рамы 3 с рабочими органами 4 и, следовательно, изменение усилия воздействия рабочих органов на обрабатываемую поверхность осуществляется перемещением дебаланса 20 в пазу центросместителя 19 и изменением жесткости пружины 2. Корпус вибровозбудителя 5 крепится к раме 3 с помощью узла крепления 22. Узлы крепления дебаланса 20, корпуса вибровозбудителя 5 к раме не представляют технической сложности, поэтому они показаны в упрощенной форме. Конструкция устройства разработана таким образом, что имеется возможность изменения количества секций в устройстве путем удаления секций или их добавления.

Устройство работает следующим образом. Устройство навешивается на навесной механизм энергетического средства, например, трактора. Гидромотор 5 с помощью шлангов соединяется с гидросистемой трактора. В зависимости от толщины ледового покрытия и его податливости с помощью опорных колес 6 устройство устанавливается на требуемую высоту. Требуемая высота это расстояние от свободных концов рабочих органов 4 над поверхностью обрабатываемой поверхности 7. В зависимости от характеристик обрабатываемой поверхности (лед, бетон и др.) регулируется высота пружины 2 подвески рамы к платформе 1. Амплитуда колебаний вибровозбудителя регулируется перемещением дебаланса в пазах центросместителя. Регулируется расположение обойм 14 с рабочими органами 4 вдоль корпуса секции 16. Устанавливается угловое положение секций (вертикально к обрабатываемой поверхности, вперед или назад относительно направления перемещения агрегата в процессе обработки поверхности). В гидромотор 5 подается масло и его вал вместе с центросместителями и дебалансами начинает вращаться. При этом подпружиненная рама 3 начинает совершать вертикальные колебательные движения вместе с рабочими органами 4. Рабочие органы, входя в контакт с обрабатываемой ледовой поверхностью. Так как рабочие органы подпружинены копирующей пружиной 15, то они копируют неровности рельефа дорожного покрытия, разрушая ледовую корку повышая качество обработки. Возможный перекос рамы с рабочими органами устраняется стабилизирующими пружинами 9.

Технический эффект заключается в повышении производительности обработки за счет изменения направления усилия воздействия на обрабатываемую поверхность и качества за счет ее копирования, в повышении надежности конструкции и экологичности выполнения работы за счет использования гидромотора в качестве источника вибрации.

Источники информации

1. Устройство для обработки дорожных покрытий. Патент РФ №2530916, Е01Н 5/12.

2. Виброраскалыватель. Патент РФ №2355845, Е01Н 5/12.