Спосіб обробітку льоду, ущільненого снігу, грунту та пристрій для здійснення цього способу

Винахід відноситься до способів та пристрїв обробки льоду, зчищання льоду з поверхонь та тротуарів, автомобільних шосе, вулиць, аеродромів і т.п. та обробки грунту. Відомий спосіб обробки льоду та ґрунту [Деклараційний патент України №56391А, Бюл.№5 віді5.05.2003], згідно з яким робочий орган, який нахилений робочою основою вниз і можливістю обертання навколо нахиленої осі обертання дією сили заглиблюють в лід або ґрунт та переміщують в льоду або гр унті. Недоліком цього способу являєтеся те, що при переміщенні пристрою в льоду потрібно постійно прикладати силу на заглиблення робочого органа в лід, що збільшує затрати та ускладнює роботу. Відомий пристрій [патент України №19724 Бюл.№6 від 25.01.97] в якому, щонайменше, один робочий орган, який має можливість обертатись навколо нахиленої осі обертання і а нахилений вниз робочою основою, та містить щонайменше, один різальний елемент. Недоліком цього пристрою являється те, що різальні елементи на робочому органі не можуть генерувати силу на заглиблення робочого органа в лід. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу та пристрою зміною шляху взаємодії робочого органу з ґрунтом, снігом чи льодом під час виходу з груп і у, енну чи льоду елементів робочого органа та за рахунок цього забезпечення опору рухові слсмсіпіи робочого органу рухові з льоду, снігу , гр унту без додаткових конструктивних ускладнень. Поставлена задача здійснення способу вирішується тим, що при обробку льоду, груyne щонайменше, один робочий орган, який нахилений робочою основою вниз з можливістю обертання навколо нахиленої осі його обертання, створеної сили заглиблюють та переміщують оброблюваним середовищем. Згідно з винаходом для заглиблення робочого органа в лід, ґрунт використовують силу, що створюється рухом з льоду, ґрунту, виконаних на робочому органі зачепів. Поставлена задача виконання пристрою для здійснення цього способу вирішується тим, що пристрій для обробки льоду ґрунту, який містить, щонайменше, один робочий орган, розташований робочою основою вниз з можливістю обертання навколо нахиленої осі його обертання та містить, щонайменше, один різальний елемент згідно з винаходом робочий орган містить зачепи, які своєю поверхнею та/або різальною кромкою в задній, за напрямком передбачуваного руху, частині робочого органа розташовані на перетин напрямку передбачуваного їхнього руху з льоду, та/або ущільненого снігу та/або ґрун ту, В секторі найбільшого заглиблення виступу різального елемента, або різального елемента при виході з льоду або ґрунту зачіп розташовано поперек його руху і а поперек радіусу пристрою. При підвищенні рівня обертання робочого органа для поперечного до свого руху розташування, зачіп розташовують на перетин радіусу, але під гострим кутом. І чим далі рухається різальний елемент з льоду, гр унту, тим кут буде гострішим, щоб зачіп рухався на перетин напрямку цього руху, як можливо більш поперек. Від так, зачепи для руху з льоду, ґрунту, на робочому органі заглибленому вище центру його обертання, мають мати форму змінною напрямку, наприклад, круглу, овальну, сегментну і таке інше. Спосіб реалізується таким чином. Для обробітку льоду, ущільненого снігу або ґрунту, в лід сніг, чи ґрунт заглиблюють на певну глибину робочі органи та переміщують його в сторону. Для заглиблення необхідне певне зусилля направлене з зовні льоду, снігу, чи ґрунту в його середину. Необхідну силу без додатковою вантажу, або навантаження одержують під час виходу елементів робочого органу з льоду, ущільненого снігу або ґрунту. Для цього заглиблюють робочий органи в середину оброблюваного середовища. Заглиблюючись робочі органи виконують борідки, між якими залишають горбки з льоду, ущільненого снігу та ін. Виходячи з льоду, ущільненого снігу або ґрунту робочі органи своїми зачепами, виконаними з боку робочої основи робочого органа на виступах робочого органа та/або ріжучого елементу, як і нижньої частини, так і з боків виступів, перетинають горбки між борідками в напрямку догори та вперед. Таким чином, викликають зусилля опору матеріалу горбків між борідками направлене на заглиблення робочого органа в лід, ущільнений сніг або ґрунт. При цьому робочий орган своєю, найбільшої довжини дугою прокочується вздовж лінії перерізу за половину обороту на відстань pR. Найбільш віддалена від оброблюваної поверхні точка С на робочому органі рухається за циклоїдою при переміщенні робочого органу. При цьому робочий орган із точку С через С1 виступом або різальним елементом виконує борідку до рівня С2 центру обертання робочого органа, за формулою X = R p n + sin p n, а нижче центру обертання робочого органа через С3 до С4, за формулою X=R p n + соs p n, де X відстань подовжнього переміщення робочого органа, X=R - радіус робочого органа, % = 3,14, n - частина величини круга від 0 до 2. По висоті з найбільш віддаленої точки 2R боріздка буде до R за формулою У= R cos p n, а від R до 0 - Y=R - R sin p n. Знаходячись в борідках, в самому нижньому розташуванні, зачепи піднімаються за тим же законом, тільки обернено, в напрямку з льоду або ущільненого снігу або грунту та т.п., перетинаючи горбки між борідками з силою опору горбків. З графіків видно, що найбільш круто вверх борідка направлена в самій нижній точці. Сила F переміщує робочий орган та забезпечус найбільші зусилля вниз, обумовлені опором льоду, що виникає між борідками внизу біля очищуваної поверхні. При цьому криві та траєкторії борідок при виходу з льоду, з ущільненого снігу та т. п. вище центра обертання більш пологі, а горбки між борідками чим вище, тим більш забезпечують горизонтальну складову опору. Отже найбільш економічно в енергетичному плані знищува ти лід та ущільнений сніг, або обробляти ґрунт, якщо товщина обробітку не перевищує відстані до центру обертання робочого органа. Це дозволяє при меншому тяговому зусиллі F одержати більше зусилля Р для заглиблення робочою органа. Це зменшує необхідність додаткового навантаження для занурення робочих органів. Ці зусилля можуть бути максимально зменшені в залежності від характеристик оброблюваної о середовища: міцності льоду, його товщини та діаметру робочого органа, конструкції його зачепів. На Фіг.1 схематично показаний варіант виконання виступів, та зачепів на робочих органах пристрою. На Фіг.2 показано вид Б за Фіг.1. На Фіг.3 показано графік руху виступів різального робочого органа в розрізі А-А за Фіг.1. На Фіг.4 показано розріз В-В за Фіг.3. На Фіг.5 показано варіант виконання виступів та зачепів на робочих органах пристрою. На Фіг.6 показано вид D за Фіг.5. На Фіг.7 показано вид Е за Фіг.5. На Фіг. 8 показано розріз Г-Г за Фіг.7. На Фіг.9 показано варіант виконання робочого органа зі спицями. Пристрій для роботи з льодом, та/або ущільненим снігом, та/або грунтом містить, щонайменше, один робочий орган 1 (Фіг.1, 2, 5-9), який своею віссю 2 (Фіг.1, 5), з якою він може бути виконаним за одне ціле (Фіг.1, 5 ліворуч), буї и самому віссю 2 (Фіг.5) або пригвинченим на ній та ін. Робочий орган може бути встановленим з можливістю обертання навколо осі 3 (Фіг.1, 5 праворуч). На робочій основі 4 робочого органа 1 може бути виконано різальну кромку 5 (Фіг.1, 2, 5, 7, 9) на різальному елементі. Різальний елемент 6 може бути з пилкоподібним розрізом (Фіг.1, 7) з продовженням різальної кромки 5 вздовж пилкоподібного розрізу (Фіг.7, 8) або без продовження і тоді різальна кромка 5 буде точковою, (Фіг.1, 7) та в вигляді виступів 7. Різальний елемент 6 може бути розрізаним в напрямку від більшого діаметра до меншого (Фіг.1, 7а), трапецієвидним (Фіг.7б), хвилеподібним (Фіг.1, 7с). Різальна кромка може бути загостреною, або притупленою в залежності від потреб та умов роботи. Різальний елемент 6 може бути виконаним на робочому органі 1 з матеріалу основи робочого органу 1, або бути окремим різальним елементом 6 (Фіг.5, 6, 7,9). Різальний елемент 6 може бути виготовленим суцільним (Фіг.5, 7), або з частин. Різальний елемент 6 може бути встановленим з боку робочої основи 4, або бокової поверхні 8 (Фіг.1, 5) робочого органу 1. Різальний елемент 6 може бути розташованим під кутом більшим від 0 градусів та менший ніж 180 градусів до площини обертання робочого органа 1, або бути в площині обертання робочого органа 1 (Фіг.5, 6). На робочому органі 1 можуть бути встановлені малі робочі органи 9, розташовані з боку робочої основи, складають згадану основу та можуть виконувати функцію різального елементу 6, виступу 7 та зачепів (Фіг.5). Малі робочі органи 9 можуть мати всі конструктивні елементи робочих органів 1: робочу основу 10, на якій можуть 6} і и розміщені різальні елементи 11, які можуть бути виконані з різальною кромкою та з іншими елементами, (Фіг.5, 6, 9). Різальний елемент 11 може бути пилкоподібним, розрізаним або безперервним по колу робочого органа 9. На робочому органі 1, а також на малому робочому органі 9 можуть бути виконані зачепи 12 з уступами 13, та/або з виступами 14, які направлені в середину робочого органа 1, або малого робочого органа 9 (Фіг.1, 2, 5, 7, 9), Малі робочі органі 9 виконують функцію зачепа 12 на робочому органі 1 своїм різальним елементом 11 в якості виступу 14, а своєю боковою поверхнею 15 в якості уступ 13. Зачепи 12 можуть бути виконані на боковій поверхні 16 виступу 7, функцію яких в малих робочих органах 9, які являються виступами 14, виконує різальна кромка 11 та бокова поверхня 15. Для обертання робочі opгані 1 розташовані своїми осями 2 в основі 17 (Фіг.1, 5) без підшипників (Фіг.1) або з підшипниками (наприклад, ковзання 18) та з шариком 19 на дні отвору (заглиблення). Підшипник ковзання 18 (Фіг.5) виконано з двох частин. Спочатку одна частина до дна заглиблення, потім робочий орган 1 з кільцем 20 в канавці 21, а потім запресована друга частина підшипника 18 від випадання робочого органа з отвору. Робочі органи, що обертаються навколо осі 3 встановлюють за допомогою фіксації осей 3 в основі 17 без підшипників, або з підшипниками 22. Різальний елемент 6 (Фіг.5, 7) встановлено в посадочному місці «робочий орган 1 - вісь 2» своїми конусними відводами 23 деталлю 24 і а гайкою. Різальний елемент може бути встановленим на «робочий орган 1-вісь 2», а також просто на робочий орган 1 з допомогою гвинтів через отвори 25 в різальному елементі 6. Малі робочі органи 9 на робочому органі 1 встановлені аналогічно, але досить міцно, щоб не випасти з робочого органа 1 під час руху в напрямку через горбок 26 (Фіг.3, 4), який залишився між борідками 27. Малі робочі органи 9 можуть бути встановленими на робочому органі 1 виконаному зі спицями 28 (Фіг.9), та можуть бути встановленими на косому зрізі (не показано) на кінці спиці 26, або на відгині, або на встановлених (розташованих) в робочому органі 1 спицях під необхідним кутом до площини обертання робочого органа. Робоча основа 4 своєю площиною може відхилятися від продовжнього , за напрямком продовжнього руху робочого органа 1, розташування за рахунок рухомості в напрямку поперек поступальному рухові робочого органа 1 різального елемента 6 або виступа 7 відносно крпусу робочого органа, а також відхиленням корпусу робочого органа 1 в тому ж напрямку. Пристрій використовують таким чином. Для роботи пристрій встановлюють робочими органами 1 (Фіг.1, 2, 5, 6, 9) таким чином, щоб різальні кромки 5 (Фіг.1, 2, 5, 6, 7,9) могли заглиблюватися в лід 26. Це відбувається тоді, коли основа 17 приводять в рух в напрямку, перпендикулярному листу за Фіг.1, 5 та різальні кромки 5 здійснюють опір рухові, що призводить до обертання робочих органів 1 навколо своїх осей обертання. В варіанті (Фіг.1 ліворуч, Фіг.5 ліворуч) навколо осі обертання робочий орган 1 обертається сумісно з віссю 2, з якою він може бути виконаним за одне ціле, звареним з віссю, або встановленим на різьбі та т.п. (Фіг.1 ліворуч), а на (Фіг.5 ліворуч) робочий орган 1 сам являється віссю та обертається навколо осі обертання. При цьому вісь 2 обертається на шарикові 19 та на підшипниках 18, та може бути зафіксована в отворі кільцем 20 в канавці 21. В варіанті коли робочий орган 1 встановлено на осі 3 (Фіг.1 праворуч та Фіг.5 праворуч) тоді він обертається навколо осі З, вісь симетрії, якої співпадає з віссю обертання робочого органа 1. Це обертання навколо нахиленої осі 2, 3 викликає процес подібний свердлінню, яке і здійснює виступ 7 (Фіг.1, 2, 5-9) робочого органа 1 або різального елемента 6. проникаючи своєю різальною кромкою 5 в лід 26 та виконує в ньому боріздку 27 (фг.3,4) в напрямку ® (Фіг.3). При цьому різальний елемент 6 обертається сумісно з робочим органом 1 тому, що він своїми відводами 23 (Фіг.5, 7) жорстко зафіксований в робочому органі 1 з допомогою деталі 24, або гвинтами скрізь отвори 25 (Фіг.7). Борідка 27, якщо робочий орган 1 заглиблюють в лід до центру О (Фіг.3) свого обертання, прорізається за формулою, яка визначає залежність шляху за рухом вздовж льоду 26 (вісь X) та заглиблення 7 в лід 26 (вісь У) від кута p обертання робочого органа 1 „X=R p n + Rcos p n та „Y=R - R sinp n”. Якщо робочий орган 1 заглиблюють вище центру О, тоді заглиблення вище центру О разраховують за формулою X=R p n + R sin p n. З Фіг.3 видно, що чим нижче заглиблення, тим воно ближче до вертикалі. За тим самим законом відбувається і вихід виступів з льоду, або з ущільненого снігу, або грун ту, або іншого середовища в напрямку ® (Фіг.3), коли зачепи 12 перетинають горбки 26 льоду, або гр унту, або іншого середовища між боріздками 27, рухаючись наперетин борідок 27 (Фіг.4) та складають опір рухо ві назовні, який взаємодіє з силою, генерованою приводом, направленим під кутом до нього, на робочому органі складає силу направлену в лід. або в інший матеріал на заглиблення робочого органа 1 в лід, ущільнений сніг, грунт та таке інше. При цьому зачепи 12 своїми уступами 13 складають найбільший опір рухові назовні тому. що виступ 14, розташований переважно поперек, щонайменше, це в нижньому розташуванні та на перетин цьому рухові та має малу обтічність. Коли опір уступ у 13 з тупим кутом виступ у 14 може спричинити виштовхувальний ефект, тоді виконаним на уступі 13 виступом 14 (Фіг.1, 5, 7) зачіп 12 врізається в нижню частину горбка 26 льоду між борідками 27. Збалансовані між собою дія уступа 13 та виступа 14 забезпечує величину та необхідний напрямок опору. Зачіп 12 (Фіг.2) в нижньому розташуванні одержує найбільш вертикальну складову опору тому, що рухається догори своєю поперечною площиною уступа 13. Коли зачіп 12 піднімається до рівня центру О обертання робочого органа, тоді вертикальна складова опору його рухові наближається до нуля, але зростає горизонтальна складова з напрямком проти руху пристрою, або робочого органа. В такому разі зачіп виконують з формою змінного напрямку для збільшення вертикальної складової (наприклад, круговою, клиновою та ін.). Тоді по різних товщинах льоду 26 є вертикальна складова опору га зменшується опір поступальному рухові. Зачепи 12, розташовані на бокових поверхнях 16 (Фіг.7, 8) різальних елементів 6, наприклад, виступів 7, в нижньому розташуванні складають опір рухові на зовні своїми уступами 13. Коли різальний елемент 6, або виступ 7 піднімається до центру О обертання робочого органа 1, тоді вертикальна складова все більше з'являється на різальній кромці та боковій поверхні 16 різального елементу 6, або виступу 7, який в такому розташуванні на робочому органі при наявності різальної кромки виконують таким чином, що він стає зачепом. В якості зачепів 12 використовують малі робочі органи 9 (Фіг.5, 6, 8, 9), нахилені біля оброблюваного матеріалу робочою основою до цього матеріалу та можуть мати свої зачепи та елементи робочих органів 1, які використовують як зачепи, наприклад виступи 7 такої ж форми як і на робочому органі І, або дещо змінені. Малі робочі органи 9, прокочуючись крізь шар тонкого льоду 26, або під час заглиблення робочого органа 1 в лід 26, заглиблюються різальною кромкою 11 в лід 26, докладаючи силу опору льоду горбків 26 між борідками 27 рухові зачепів 12 малого робочого органа 9 до заглиблення. При цьому полегшується заглиблення в лід 26, або грунт, або інше середовище також тим, що малі робочі органи 9 мають менший діаметр, ніж робочі органи 1. Після заглиблення достатнього для опору поступальному рухові робочого органа 1, опір викликає обертання робочого органа 1, а малі робочі органи 9 починають виконуваїи функцію різальних елементів робочих органів 1 та зачепів 12. Під час занурення вони створюють борідки 27, а під час виходу рухаються на перетин горбкам льоду 26, що виникли між борідками 27 та перетинають їх. Малі робочі органи 9 щільно проникають в лід 26 та розколюють його. Розташовані на робочій основі 4 на конусної форми робочому органі 1 проникають на більшу глибину з надійним зсувом льоду, або ґрунту, або іншого середовища в сторону (вбік). Використовують робочі органи 1 зі спицями 28, або штирями, на кінцях яких можуть бути розташовані малі робочі органи 9 (Фіг.9). Сумісну роботу різальних елементів 6 або виступів 7 та зачепів 12 на заглиблення робочих органів 1 забезпечують розташуванням робочого органа 1 з можливістю обертання навколо нахиленої осі 2, 3 та розташованої поперек поступальному рухові робочого органа 1, або поперек до вектора лінійної швидкості руху центр у робочого органа, якщо його рух криволінійний (наприклад обертання). Це забезпечує розташування робочої основи 4 в подовжній площині, або з відхиленням від цього напрямку, якщо робоча основа 4 рухома відносно корпусу робочого органу 1 (наприклад, різальний елемент). Таке розташування робочої основи 4, якщо вона містить різальні елементи 6 (виступи 7), забезпечує заглиблення різальних елементів 6 або виступів 7 в лід 26, або ґрунт, або інше середовище з передньої за напрямком руху робочого органа 1 його сторони на певну глибину з найменшим опором поступальному рухові робочого органа 1, а вихід, з дією зачепів 12, з льоду або ґрунту або іншого середовища з тієї ж глибини, якщо робочий орган в подовжній площині. Відхилення від подовжнього передньої за рухом частини робочого органа 1 в напрямку поперек руху робочого органа 1 глибше в лід 26 забезпечує зменшення зчіплення зачепів 12 з льодом 26 і а ін., під час виходу з нього. В самому нижньому розташуванні це відчутно менше, а чим вище з льоду, ґрунту або іншого середовища, тим менше глибина занурення зачепів 12. Це може бути необхідним при досить глибокому зануренні робочого органа 1 в лід або ін. 26, коли вихід зачепів, особливо в зоні, що вище центру О обертання робочого органа 1, одержує опір здебільшого подовжній. Таким чином зменшуються затрати енергії на переміщення пристрою. Якщо привід потужний (трактор) та є необхідність швидкої обробки середовища на значну глибину, тоді можливе застосування відхилення площини робочої основи 4 її задньою частиною за напрямком руху в напрямку поперечному рухові робочого органа 1 глибше в лід 26. Тоді зачепи 12 глибше врізаються в лід 26, складають значний опір рухо ві вперед та виходу зачепів 12 з льоду 26, що обумовлює збільшену силу на заглиблення робочого органа 1 в лід, ґрунт або інше середовище. Рух різальних елементів в нижньому розташуванні являється рухом в лід і тому різальний елемент 6 або виступ 7 різальною кромкою 5 на своїй боковій поверхні 16 не контактує з льодом 26. Біля рівня центру обертання робочого органа 1 та вище, різальний елемент 6 різальною кромкою 5 бокової поверхні 16 починає краєм входити в контакт з льодом 26 та ін., але перетнувши лід. не переміщує його перед собою за напрямком свого руху, а в невеликій кількості переміщує на собі тому, що перетинає лід майже по дотичній. Для виконання функції зачепа, різальний елемент 6 виконують з різальною кромкою 5 на перетині бокової поверхні 16 та робочої основи 4 та розширюють розріз (пилкоподібний, хвилеподібний, трапецієподібний, та просто від більшого діаметра до меншого або виступ) поперек радіуса там, де він ближче до центру. Вище центру обертання робочого органа вертикальна складова опору незначна тому, можна не брати до уваги. Це зумовлено тим, що ширина горбків тут незначна та в складі руху елементів робочого органа переважає горизонтальна складова.