RU2112110C1

RU2112110C1 - Frozen ground ripping device

Info

Publication number: RU2112110C1
Application number: RU96101867A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баловнев; Н.Е. Курбатов; Г.В. Кустарев
Original assignee: Читинский государственный технический университет
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: earth: moving machinery; frozen ground rippers. SUBSTANCE: ripper has rotor wheel, and drive, hubs with chopping working members in form of two sprocket clusters installed on perimeter of rotor wheel for free rotation around their axle. Cross size of tooth of each sprocket in radial plane passing through its axis decreases from peripheral part to hub. Radial plane passing through axis of symmetry of tooth of one sprocket passes through axis of symmetry of tooth space of other sprocket. Sprockets of adjacent hubs are in different planes parallel to each other. EFFECT: improved loosening of frozen grounds. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области землеройных машин для разработки и рыхления мерзлых грунтов. The invention relates to the field of earth-moving machinery for the development and cultivation of frozen soils.

Известна землеройная машина ударного действия, имеющая навесную раму, ротор с шарнирно установленными рычагами, на которых закреплены ударные инструменты, ударные грузы и привод (а.с. N 953118). Разработка грунта здесь производится за счет кинетической энергии инструмента, имеющего высокую скорость движения вместе с рамой, и энергии ударников, производящих дополнительный удар по инструменту в момент взаимодействия с грунтом. Недостатком данного устройства являются высокие динамические нагрузки, передающиеся на конструкцию со стороны ударных элементов и, как следствие, небольшой срок службы по сравнению с машинами статического действия. Known earth-moving machine of percussion, having a hinged frame, a rotor with pivotally mounted levers on which percussion instruments, percussion weights and a drive are mounted (a.s. N 953118). The development of soil here is carried out due to the kinetic energy of the tool, which has a high speed of movement together with the frame, and the energy of the percussion instruments producing an additional blow to the tool at the moment of interaction with the soil. The disadvantage of this device is the high dynamic loads transmitted to the structure from the side of the shock elements and, as a result, a short service life in comparison with machines of static action.

Известен также рыхлительный рабочий орган, выполненный в виде диска с зубьями, установленными на кронштейнах, и снабженный вибратором, который интенсифицирует процесс разработки грунта, приводя всю конструкцию в вертикальные колебания (а. с. N 626166). Недостатком указанного рабочего органа является то, что с его помощью невозможно разработать траншею относительно большой глубины из-за жесткой ориентации зубьев по периферии диска. В этом случае зубья, находящиеся в самой нижней точке траектории будут в более выгодном положении, чем зубья, начинающие разработку грунта в районе дневной поверхности, так как у последних углы резания не являются оптимальными. Also known loosening working body, made in the form of a disk with teeth mounted on brackets, and equipped with a vibrator, which intensifies the process of soil development, bringing the entire structure into vertical vibrations (a.s. N 626166). The disadvantage of this working body is that with its help it is impossible to develop a trench of relatively large depth due to the rigid orientation of the teeth along the periphery of the disk. In this case, the teeth located at the lowest point of the trajectory will be in a better position than the teeth that begin to develop soil in the area of the day surface, since the cutting angles are not optimal for the latter.

Прототипом изобретения является устройство для рыхления мерзлых грунтов, содержащее роторное колесо с приводом, на котором по периметру установлены ступицы с закрепленными на них резцами (а.с. N 365437). Данная конструкция обладает недостатком, общим для машин, работающих по принципу резания материала - необходимость иметь специальный привод для задания режущим элементам необходимой скорости резания, интенсивный износ резцов по всем рабочим поверхностям и излишнее дробление разрабатываемого грунта, что увеличивает энергоемкость процесса. A prototype of the invention is a device for loosening frozen soils containing a rotor wheel with a drive on which hubs with cutters mounted on them are mounted around the perimeter (A.S. N 365437). This design has a drawback common to machines operating on the principle of cutting material - the need to have a special drive to set the cutting elements to the required cutting speed, intensive wear of the cutters on all working surfaces and excessive crushing of the developed soil, which increases the energy consumption of the process.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить износ рабочих элементов, динамические нагрузки на привод, а также, в силу конструктивных особенностей, производить нарезку узких траншей, что возможно только режущими рабочими элементами, имеющими высокую скорость износа и низкую производительность. The present invention allows to reduce the wear of working elements, dynamic loads on the drive, and also, due to design features, to cut narrow trenches, which is possible only with cutting working elements having a high wear rate and low productivity.

Это достигается тем, что устройство для рыхления мерзлых грунтов, содержащее роторное колесо и привод, отличается тем, что оно выполнено с установленными по периметру роторного колеса с возможностью свободного вращения вокруг своей оси ступицами, на каждой из которых закреплены скалывающие рабочие органы в виде блоков из двух звездочек. Поперечный размер зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, уменьшается от периферийной части к ступице. Звездочки в блоках ориентированы одна по отношению к другой таким образом, что радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины между зубьями другой звездочки, при этом звездочки соседних ступиц находятся в разных, параллельных друг другу плоскостях. This is achieved by the fact that the device for loosening frozen soils containing a rotor wheel and a drive is characterized in that it is made with hubs installed around the axis of the rotor wheel with the possibility of free rotation around its axis, on each of which shearing working bodies are fixed in the form of blocks of two stars. The transverse tooth size of each sprocket in the radial plane passing through its axis decreases from the peripheral part to the hub. The sprockets in the blocks are oriented one in relation to the other so that the radial plane drawn through the axis of symmetry of the tooth of one sprocket passes through the axis of symmetry of the depression between the teeth of another sprocket, while the sprockets of adjacent hubs are in different planes parallel to each other.

Наличие на каждой из ступиц роторного колеса скалывающих рабочих органов в виде блоков звездочек, имеющих возможность свободного вращения вокруг своих осей, позволяет производить скалывание грунта в траншее при свободном прокатывании блоков по участку скалывания за счет высокого давления, развиваемого на контактных поверхностях, которое превышает предел прочности материала. The presence on each of the hubs of the rotor wheel of chipping working bodies in the form of blocks of sprockets, which have the possibility of free rotation around their axes, allows the soil to be chipped in the trench when freely rolling the blocks along the cleaving site due to the high pressure developed on the contact surfaces, which exceeds the tensile strength material.

Возможность свободного вращения блоков звездочек вокруг своих осей и приведение их в движение за счет сил трения, возникающих в процессе прокатки по участку скалывания, позволяет обходиться без привода, что значительно упрощает конструкцию устройства. The possibility of free rotation of the blocks of sprockets around their axes and bringing them into motion due to the friction forces arising during the rolling process on the cleavage site, allows you to do without a drive, which greatly simplifies the design of the device.

Уменьшение поперечного размера зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, устраняет трение по боковым поверхностям, что уменьшает износ зубьев и снижает потерю мощности в приводе роторного колеса. Reducing the transverse tooth size of each sprocket in the radial plane passing through its axis eliminates friction on the side surfaces, which reduces tooth wear and reduces power loss in the drive of the rotor wheel.

Ориентация звездочек в блоке таким образом, что радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины другой звездочки, позволяет облегчить скол объема грунта, заключенного между плоскостями звездочек; так как в противном случае имело бы место блокированное резание и материал находился бы преимущественно в состоянии сжатия от одновременного действия сил с противоположных сторон. При данной конструкции внешняя сила сжатия действует с одной стороны, создавая потенциальные возможности развития трещин в материале от сдвиговых деформаций. The orientation of the sprockets in the block so that the radial plane drawn through the axis of symmetry of the tooth of one sprocket passes through the axis of symmetry of the trough of another sprocket helps to facilitate cleavage of the soil volume enclosed between the planes of the sprockets; since otherwise there would be blocked cutting and the material would be predominantly in a state of compression from the simultaneous action of forces from opposite sides. With this design, the external compression force acts on the one hand, creating the potential for the development of cracks in the material from shear deformations.

Расположение звездочек соседних ступиц в разных плоскостях позволяет равномерно разрыхлять грунт по всей ширине траншеи - это необходимо для того, чтобы при многократном прокатывании звездочек не произошло их излишнего углубления в тело грунта, а вместе с этим образования продольных гребней такой высоты, что они своей вершиной достигнут ступицы, создавая дополнительное трение. The location of the stars of neighboring hubs in different planes allows you to evenly loosen the soil across the entire width of the trench - this is necessary so that when the stars are rolled many times, they do not deepen deeply into the soil body, and at the same time the formation of longitudinal ridges is of such height that they reach their peak hubs, creating additional friction.

на фиг. 1 представлен общий вид устройства, смонтированного на базовой машине, на фиг. 2 - общий вид устройства в направлении движения базовой машины; на фиг. 3 - диаметральное сечение блока звездочек; на фиг. 4 - вид блока звездочек сбоку; на фиг. 5 схема скалывания грунта: а - зубом левой звездочки; б - следующим за ним зубом правой звездочки. in FIG. 1 shows a general view of a device mounted on a base machine; FIG. 2 is a general view of the device in the direction of movement of the base machine; in FIG. 3 - diametrical section of a block of stars; in FIG. 4 is a side view of an asterisk block; in FIG. 5 scheme of soil cleavage: a - tooth of the left asterisk; b - by the next tooth of the right asterisk.

Устройство содержит раму 1, роторное колесо 2, на котором соосно закреплена ведомая звездочка 3. На раме 1 установлен гидромотор 4, связанный посредством бесконечной цепи 5, ведущей звездочки 6 и ведомой звездочки 3 с роторным колесом 2. На периферии роторного колеса 2 по окружности размещены блоки звездочек 7, закрепленные на ступицах 8, имеющих свободное вращение вокруг своих осей. The device comprises a frame 1, a rotor wheel 2, on which the driven sprocket 3 is coaxially mounted. A hydraulic motor 4 is mounted on the frame 1, connected via an endless chain 5, the drive sprocket 6 and the driven sprocket 3 to the rotor wheel 2. On the circumference of the rotor wheel 2, blocks of sprockets 7 mounted on hubs 8 having free rotation around their axes.

Устройство для рыхления мерзлых грунтов работает следующим образом. Роторное колесо 2 приводится во вращение от гидромотора 4 посредством бесконечной цепи 5, ведущей 6 и ведомой 3 звездочек. Блоки 7 звездочек, перемещаясь вместе с роторным колесом 2 по окружности и вступая во взаимодействие с грунтом при заглублении устройства, за счет сил зацепления получают вращательное движение вокруг своих осей и прокатываются по грунту без скольжения. A device for loosening frozen soils works as follows. The rotor wheel 2 is driven into rotation from the hydraulic motor 4 by means of an endless chain 5, leading 6 and driven 3 sprockets. Blocks of 7 stars, moving together with the rotor wheel 2 around the circumference and interacting with the soil when the device is deepened, due to the engagement forces receive rotational motion around their axes and roll on the ground without sliding.

За счет высокого контактного давления, образующегося на внешних кромках зубьев и превышающего предел прочности грунта, они заглубляются и производят скол части грунта, находящегося в непосредственной близости от точки контакта по поверхности действия наибольших касательных напряжений. Сколь происходит не только от действия контактного давления, но также и от поворота зуба в теле грунта при прокатывании звездочки по участку скалывания. Если считать, что внешняя окружность звездочки прокатывается без скольжения, то тогда точки поверхности каждого зуба двигаются по циклоиде и вызывают дополнительные сдвиговые деформации материала. Due to the high contact pressure generated on the outer edges of the teeth and exceeding the tensile strength of the soil, they are buried and produce chips of the soil located in the immediate vicinity of the contact point along the surface of the action of the highest tangential stresses. How much happens not only from the action of contact pressure, but also from the rotation of the tooth in the body of the soil when rolling the sprocket over the cleavage site. If we assume that the outer circumference of the sprocket rolls without sliding, then the surface points of each tooth move along the cycloid and cause additional shear deformations of the material.

При прокатывании блока зубья соседних звездочек заглубляются не одновременно, а таким образом, что при заглублении зуба одной звездочки на максимальную величину, грунт в плоскости действия второй звездочки находится в свободном состоянии, так как этому участку соответствует впадина между зубьями. При повороте блока на угол

, где z - число зубьев, наоборот, в напряженном состоянии будет находиться зона грунтового объема, прилегающая к плоскости действия правой звездочки. При этом на левой стороне напряжения будут гораздо меньше. При такой работе блока создается поле напряжений, постоянно изменяющее свое направление, что способствует облегчению скола локального объема грунта, заключенного между звездочками, за счет расшатывающего эффекта.When rolling a block, the teeth of adjacent sprockets are not deepened simultaneously, but in such a way that when the tooth of one sprocket is deepened to the maximum value, the soil in the plane of action of the second sprocket is in a free state, since a depression between the teeth corresponds to this section. When the unit is rotated through an angle

, where z is the number of teeth, on the contrary, in the stressed state there will be a zone of soil volume adjacent to the plane of action of the right asterisk. In this case, the voltage on the left side will be much less. With this operation of the unit, a stress field is created that constantly changes its direction, which helps to facilitate cleavage of the local soil volume enclosed between the sprockets due to the shattering effect.

Блоки должны конструироваться таким образом, чтобы плоскости действия звездочек соседних блоков не совпадали и траншея по ширине делилась бы следами от прокатки звездочек на равные части: в этом случае траншея будет разрабатываться по ширине равномерно и не будет возможности возникновения продольных гребней такой высоты, что они своими вершинами будут задевать за ступицы и создавать тормозной момент на роторном колесе. Расстояние между следами прокатки звездочек необходимо выбирать из конструктивных параметров блока и прочностных свойств разрабатываемого грунта. Blocks should be designed in such a way that the action planes of the sprockets of neighboring blocks do not coincide and the trench is divided in width by the traces of rolling the stars into equal parts: in this case, the trench will be developed uniformly in width and there will be no possibility of longitudinal ridges of such height that they the vertices will touch the hubs and create braking torque on the rotor wheel. The distance between the traces of rolling stars must be selected from the structural parameters of the block and the strength properties of the developed soil.

Claims

1. A device for loosening frozen soils, containing a rotor wheel and a drive, characterized in that it is made with hubs installed around the axis of the rotor wheel with the possibility of free rotation around its axis, on each of which shearing working bodies are fixed in the form of blocks of two stars.

2. The device according to claim 1, characterized in that the transverse tooth size of each sprocket in the radial plane passing through its axis decreases from the peripheral part to the hub.

3. The device according to p. 1 and 2, characterized in that the sprockets in the blocks are oriented one in relation to the other so that the radial plane drawn through the axis of symmetry of the tooth of one sprocket passes through the axis of symmetry of the depression between the teeth of the other spider.

4. The device according to claim 1 - 3, characterized in that the stars of adjacent hubs are in different planes parallel to each other.