RU2141553C1

RU2141553C1 - Plough-and-mill trench digger

Info

Publication number: RU2141553C1
Application number: RU98105590A
Authority: RU
Inventors: Н.Е. Курбатов
Original assignee: Читинский государственный технический университет
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: earth-moving machinery and equipment. SUBSTANCE: trench digger can be used on various construction objects. Trench digger has base chassis, frame, plough and disk-type milling cutters. Trench digger is provided with drum, which is installed on frame and can be rotated around its axis. External cylindrical surface of drum has ribs arranged along its generating lines. Disk-type milling cutters are secured on drum in such way that length of drum is larger than spacings between milling cutters. Plough is connected with frame for possible plane-parallel movement relative to frame by means of two pairs of parallel links installed parallel to planes of milling cutters and located at different levels. Upper pair of links is shorter than lower pair. Cutting part of plough is made in the form of strip. Width of strip is equal to spacing between milling cutters. Profile of rear surface of teeth of milling cutters takes configuration of involute curves. Application of aforesaid embodiment of trench digger allows for reduction of power-inputs in process of earth digging. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к землеройным машинам и может быть использовано для рытья траншей в грунтах различных категорий. The invention relates to earthmoving machines and can be used for digging trenches in soils of various categories.

Известен роторный рабочий орган траншейного экскаватора, который содержит ротор с лопастями, имеющими режущие элементы. Каждая лопасть снабжена подрезающим ножом, лобовая часть лопасти выполнена плоской, а угол заострения поперечного сечения внутренней части лопасти равен разности развернутого и двойного углов естественного откоса грунта (см. а.с. N 1130675). Known rotary working body of a trench excavator, which contains a rotor with blades having cutting elements. Each blade is equipped with a cutting knife, the frontal part of the blade is made flat, and the angle of sharpness of the cross section of the inner part of the blade is equal to the difference between the unfolded and double angles of natural slope of the soil (see AS No. 1130675).

При работе данного устройства результирующая сил резания будет направлена преимущественно в сторону, противоположную движению базовой машины, так как забой разрабатывается снизу вверх. Таким образом, для преодоления сил резания базовая машина должна иметь высокую тяговую способность, что нецелесообразно в экономическом отношении. During operation of this device, the resulting cutting forces will be directed mainly in the direction opposite to the movement of the base machine, since the face is developed from the bottom up. Thus, to overcome the cutting forces, the base machine must have high traction ability, which is impractical in economic terms.

Известен также рабочий орган машины для очистки каналов, который представляет собой фрезу, снабженную П-образными ножами с режущими гранями, очерченными по винтовой линии, и установленными за ними отбрасывающими лопатками, концы которых закреплены на противоположных дисках фрезы (см. а.с. N 386088). The working body of the channel cleaning machine is also known, which is a milling cutter equipped with U-shaped knives with cutting edges outlined along a helical line and casting blades installed behind them, the ends of which are fixed on opposite milling cutter disks (see.c. N 386088).

В описанной конструкции для обеспечения ее работоспособности, а именно возможности выброса грунта с отбрасывающей лопатки, необходимо задать определенное расстояние между каждой из лопаток и соответствующим ей режущим ножом, минимум которого зависит от свойств грунта и от скорости вращения фрезы. Таким образом, призма волочения, продвигаемая лопаткой по забою, испытывает сопротивление со стороны нетронутого грунта, которое пропорционально коэффициенту его внутреннего трения. А так как последний выше коэффициента трения грунта о сталь, то было бы энергетически более выгодно использовать ковш, закрытый со стороны забоя, с тем чтобы контакт с грунтом осуществлялся через стальную пластину. In the described construction, in order to ensure its operability, namely, the possibility of ejecting soil from a throwing blade, it is necessary to set a certain distance between each of the blades and the corresponding cutting knife, the minimum of which depends on the properties of the soil and on the rotation speed of the cutter. Thus, the prism of drawing, promoted by the blade along the face, experiences resistance from the untouched soil, which is proportional to the coefficient of its internal friction. And since the latter is higher than the coefficient of friction of the soil against steel, it would be energetically more profitable to use a bucket closed from the side of the bottom so that contact with the soil is carried out through a steel plate.

Прототипом изобретения является плужно-фрезерный траншеекопатель, включающий базовый тягач и раму, на которой установлены плуг и дисковые фрезы. На раме между дисковыми фрезами смонтировано грунтоотвальное устройство, совмещенное с грунтоснимателем (см. а.с. N 412351). A prototype of the invention is a plow-milling trencher, including a base tractor and a frame on which a plow and disk cutters are mounted. A soil dumping device combined with a soil pickup is mounted on the frame between the disk cutters (see AS No. 412351).

Недостатком прототипа является то, что при такой конструкции устройства необходима достаточно высокая тяговая способность базовой машины, поэтому его затруднительно использовать в комплекте с колесными тягачами, что отражается на экономичности производимых работ, особенно при высокой рассредоточенности объектов. Это происходит ввиду того, что горизонтальная составляющая сил резания от дисковых фрез, направленная против хода базовой машины, имеет лишь небольшую часть от результирующей реакции плуга, направленной по ходу движения. The disadvantage of the prototype is that with such a design of the device requires a sufficiently high traction ability of the base machine, so it is difficult to use complete with wheel tractors, which affects the efficiency of the work performed, especially with high dispersion of objects. This is due to the fact that the horizontal component of the cutting forces from the disk cutters, directed against the course of the base machine, has only a small part of the resulting reaction of the plow directed in the direction of travel.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить энергоемкость процесса разработки грунта посредством приведения рабочего органа в самостоятельное движение. The present invention allows to reduce the energy intensity of the soil development process by bringing the working body into independent movement.

Это достигается тем, что плужно-фрезерный траншеекопатель, включающий базовую машину, раму, плуг и дисковые фрезы, отличается тем, что он снабжен барабаном, установленным на раме с возможностью вращения вокруг своей оси и имеющим на внешней цилиндрической поверхности ребра, расположенные вдоль его образующих, дисковые фрезы жестко закреплены на барабане, причем длина барабана больше расстояния между фрезами, а плуг соединен с рамой с возможностью плоскопараллельного движения относительно нее при помощи двух пар тяг, установленных параллельно плоскостям фрез и расположенных на разных уровнях, причем верхняя пара короче нижней. Режущая часть плуга выполнена в виде плоской пластины, ширина которой равна расстоянию между фрезами. Профиль задней поверхности зубьев фрез выполнен в виде эвольвенты. This is achieved by the fact that the plow-milling trencher, including the base machine, frame, plow and disk cutters, is characterized in that it is equipped with a drum mounted on the frame with the possibility of rotation around its axis and having ribs located on its outer cylindrical surface along its generatrices , disk milling cutters are rigidly fixed to the drum, and the drum length is greater than the distance between the milling cutters, and the plow is connected to the frame with the possibility of plane-parallel motion relative to it using two pairs of rods installed in parallel tionary planes cutters and disposed at different levels, the upper pair of shorter than the lower. The cutting part of the plow is made in the form of a flat plate, the width of which is equal to the distance between the cutters. The profile of the rear surface of the teeth of the cutters is made in the form of an involute.

Наличие барабана, на котором установлены дисковые фрезы, имеющего длину больше расстояния между фрезами, позволяет траншеекопателю самостоятельно опираться на поверхность грунта и тем самым разгрузить базовую машину, не допуская ее переворота относительно задних точек опоры. Это дает возможность в качестве тягача использовать относительно легкую мобильную машину с колесным движителем. Кроме того, барабан приводится во вращение от вала отбора мощности таким образом, что его угловая скорость имеет направление угловой скорости ведущих колес тягача, а так как дисковые фрезы жестко связаны с барабаном и вращаются вместе с ним в процессе разработки грунта, то горизонтальная составляющая общей силы резания направлена в сторону, противоположную движению, что создает дополнительную тягу. Наличие на цилиндрической поверхности барабана ребер, ориентированных вдоль образующих и выполняющих в данном случае роль грунтозацепов, также повышает тяговую способность базовой машины. The presence of a drum on which disk cutters are installed, having a length greater than the distance between the cutters, allows the trencher to independently rely on the ground surface and thereby relieve the base machine, preventing its overturn relative to the rear support points. This makes it possible to use a relatively light mobile wheeled vehicle as a tractor. In addition, the drum is driven from the power take-off shaft in such a way that its angular velocity has the direction of the angular velocity of the tractor’s driving wheels, and since the disk milling cutters are rigidly connected to the drum and rotate with it during soil development, the horizontal component of the total force cutting is directed in the opposite direction to the movement, which creates additional traction. The presence on the cylindrical surface of the drum of the ribs oriented along the generators and performing in this case the role of lugs also increases the traction ability of the base machine.

Наличие двух пар тяг, установленных в плане параллельно плоскостям фрез и расположенных на разных уровнях, при условии, что верхняя пара короче нижней, создает условия оптимального изменения угла резания. При первоначальном заглублении плуга он будет наибольшим, что способствует быстрому выходу рабочего органа на расчетную глубину, далее, при достижении пластиной требуемого уровня, он уменьшается до минимума, обеспечивая ее всплытие. The presence of two pairs of rods installed in plan parallel to the planes of the cutters and located at different levels, provided that the upper pair is shorter than the lower one, creates the conditions for the optimal change of the cutting angle. At the initial deepening of the plow, it will be the largest, which contributes to the quick exit of the working body to the calculated depth, then, when the plate reaches the required level, it decreases to a minimum, ensuring its ascent.

Наличие режущей части плуга в виде плоской пластины, ширина которой равна расстоянию между фрезами, позволяет производить самоориентацию ее по высоте - для этого при настройке рабочего органа необходимо только выставить требуемое расстояние между нижней тягой и пластиной. The presence of the cutting part of the plow in the form of a flat plate, the width of which is equal to the distance between the cutters, allows it to be self-oriented in height - for this, when setting up the working body, it is only necessary to set the required distance between the lower link and the plate.

Задание профиля задней поверхности каждого зуба в виде эвольвенты уменьшает силу трения со стороны грунта. Это происходит потому, что точки зуба совершают движение по направлению удлиненной циклоиды, параметры которой определяются геометрией устройства, а так как они принадлежат эвольвенте, то задняя поверхность не производит вдавливания грунта в направлении движения базовой машины, что положительным образом сказывается на энергоемкости процесса резания и на износе инструмента. Setting the profile of the posterior surface of each tooth in the form of an involute reduces the friction force from the ground. This is because the tooth points move in the direction of the elongated cycloid, the parameters of which are determined by the geometry of the device, and since they belong to the involute, the back surface does not indent the soil in the direction of movement of the base machine, which positively affects the energy consumption of the cutting process and tool wear.

На фиг. 1 представлен вид в плане траншеекопателя, на фиг. 2 - то же, его вид сбоку, на фиг. 3 - схема работы траншеекопателя. In FIG. 1 is a plan view of a trencher; FIG. 2 is the same, its side view, in FIG. 3 - scheme of the trencher.

Траншеекопатель содержит базовую машину 1 и раму 2, на которой установлен барабан 3 с возможностью вращения вокруг своей оси. На барабане 3 жестко закреплены две дисковые фрезы 4, расположенные симметрично по отношению к торцам барабана. Последний приводится во вращение от вала отбора мощности базовой машины посредством вала 5 и редуктора 6. На внешней цилиндрической поверхности барабана в направлении его образующих закреплены ребра 7, играющие роль грунтозацепов и расположенные равномерно по окружности поперечного сечения. Подъем и опускание траншеекопателя относительно поверхности грунта осуществляется посредством гидроцилиндра 8, связывающего его раму с рамой базовой машины. С рамой 2 траншеекопателя при помощи двух пар тяг 9 с возможностью плоскопараллельного движения относительно нее соединен плуг 10, состоящий из режущей пластины 11 и корпуса 12. The trencher contains the base machine 1 and the frame 2, on which the drum 3 is mounted with the possibility of rotation around its axis. On the drum 3 are rigidly fixed two disk cutters 4 located symmetrically with respect to the ends of the drum. The latter is driven into rotation from the power take-off shaft of the base machine by means of a shaft 5 and a reducer 6. On the outer cylindrical surface of the drum in the direction of its generators, ribs 7 are fixed, which play the role of lugs and are located uniformly around the circumference of the cross section. Raising and lowering the trencher relative to the surface of the soil is carried out by means of a hydraulic cylinder 8, connecting its frame with the frame of the base machine. With the frame 2 of the trencher using two pairs of rods 9 with the possibility of plane-parallel motion relative to it, a plow 10 is connected, consisting of a cutting insert 11 and the housing 12.

Описываемое устройство работает следующим образом. При движении базовой машины 1 вперед вал отбора мощности посредством механической трансмиссии приводит во вращение барабан 3 с закрепленными на нем фрезами 4 в направлении вращения ведущих колес. При этом угловая скорость барабана должна быть подобрана таким образом, чтобы линейная скорость точек его цилиндрической поверхности при ее контакте с дневной поверхностью грунта была равна линейной скорости передвижения базовой машины и совпадала с ней по направлению. The described device operates as follows. When the base machine 1 moves forward, the power take-off shaft by means of a mechanical transmission drives the drum 3 into rotation with milling cutters 4 fixed in it in the direction of rotation of the drive wheels. In this case, the angular velocity of the drum must be selected so that the linear velocity of the points of its cylindrical surface upon its contact with the day surface of the soil is equal to the linear velocity of the base machine and coincides with it in direction.

Заглубление рабочего органа производится посредством гидроцилиндра 8 до той степени, пока не будет обеспечен контакт цилиндрической поверхности барабана с дневной поверхностью грунта. В этом положении ребра 7 врезаются в массив грунта вместе с зубьями фрез. Таким образом, схематически рабочий орган представляет собой катящийся по поверхности грунта цилиндр, скольжение которого исключено благодаря кинематической жесткости системы барабан - базовая машина, а также наличию вдавленных в грунт ребер, которые работают как грунтозацепы. При заглублении режущая пластина 11 плуга 10 свободно лежит на поверхности грунта. Тяги 9, соединяющие корпус 12 плуга с рамой 2 траншеекопателя, подбираются по длине таким образом, чтобы угол резания пластины в рабочем режиме был минимально возможным и обеспечивал самоустановку ее по глубине, а в момент заглубления увеличивался с целью сокращения переходного процесса и ускорения выхода устройства на расчетный режим работы. Для этого верхняя пара тяг должна быть короче нижней на величину, определяемую геометрией всего устройства, а также среднестатистическими прочностными характеристиками разрабатываемого грунта. Глубина подрезания траншеи устанавливается взаимным расположением режущей пластины и тяг. The working body is deepened by means of a hydraulic cylinder 8 to the extent that the contact of the cylindrical surface of the drum with the day surface of the soil is ensured. In this position, the ribs 7 cut into the soil mass along with the teeth of the cutters. Thus, schematically, the working body is a cylinder rolling on the surface of the soil, the sliding of which is excluded due to the kinematic rigidity of the drum-base machine system, as well as the presence of ribs pressed into the soil, which act as lugs. When deepening, the cutting insert 11 of the plow 10 lies freely on the surface of the soil. The rods 9 connecting the plow body 12 with the frame 2 of the trencher are selected in length so that the cutting angle of the insert in the operating mode is as low as possible and ensures its self-installation in depth, and at the time of deepening it is increased in order to reduce the transition process and accelerate the device’s output to design mode of operation. For this, the upper pair of rods should be shorter than the lower one by an amount determined by the geometry of the entire device, as well as the average strength characteristics of the developed soil. The depth of cut of the trench is set by the relative position of the cutting insert and rods.

При прокатывании барабана по грунту точки его цилиндрической поверхности в абсолютном движении будут описывать циклоидальные кривые, а точки каждого из зубьев фрез- удлиненные циклоиды, форма которых зависит от расстояния этих точек до барабана. Наиболее удаленная точка зуба, продвигаясь по внешней удлиненной циклоиде, задает максимальную глубину разрабатываемой траншеи. Таким образом, один зуб производит прорезание щели в грунте в объеме, заключенном между внешней удлиненной циклоидой и дневной поверхностью. При прокатке барабана по поверхности грунта, в то время когда один из зубьев производит нарезку щели в своей зоне, в работу вступает второй зуб, который также описывает кривую, идентичную предыдущей, и производит нарезку следующего по ходу движения участка. Так как форма задней поверхности зуба представляет собой эвольвенту, то, соблюдая определенные соотношения между геометрическими параметрами устройства, возможно значительно снизить трение о грунт в этой области. When a drum is rolled on the ground, the points of its cylindrical surface in absolute motion will describe cycloidal curves, and the points of each tooth will be milled elongated cycloids, the shape of which depends on the distance of these points to the drum. The farthest point of the tooth, moving along an external elongated cycloid, sets the maximum depth of the developed trench. Thus, one tooth cuts a gap in the soil in the volume enclosed between the outer elongated cycloid and the day surface. When rolling the drum over the soil surface, while one of the teeth cuts a gap in its area, a second tooth comes into operation, which also describes a curve identical to the previous one, and cuts the next section along the movement. Since the shape of the back surface of the tooth is an involute, observing certain relationships between the geometric parameters of the device, it is possible to significantly reduce friction on the ground in this area.

Шаг между удлиненными циклоидами задается расстоянием между зубьями каждой из фрез и должен обеспечить оптимальное перекрытие кривых с целью более полной проработки боковых стенок траншеи. Форма кривых определяется размером зуба в радиальном направлении и должна обеспечить минимальную волнистость у дна для облегчения работы плуга. The step between the elongated cycloids is determined by the distance between the teeth of each of the cutters and should provide optimal overlap of the curves in order to more fully study the side walls of the trench. The shape of the curves is determined by the size of the tooth in the radial direction and should provide minimal undulation at the bottom to facilitate the operation of the plow.

Таким образом, зубья фрез поочередно прорезают свои участки щелей и формируют при своем движении боковые стенки будущей траншеи. Пластина плуга подрезает окантованный вертикальными щелями целик грунта, вырезанный объем поднимается по отвалу и отбрасывается в поперечном направлении. Thus, the teeth of the cutters alternately cut their sections of the cracks and form during their movement the side walls of the future trench. The plow plate cuts the whole of the soil edged with vertical slots, the cut volume rises along the dump and is thrown in the transverse direction.

Как видно из работы устройства, результирующая сил резания каждого зуба будет направлена преимущественно в сторону, противоположную движению базовой машины, создавая дополнительную тягу и способствуя перемещению рабочего органа. Устройство с такой схемой работы можно выгодно применять на колесных тягачах, имеющих относительно небольшую тягу, но обладающих повышенной мобильностью, которая целесообразна в городских условиях и при производстве рассредоточенных работ. As can be seen from the operation of the device, the resulting cutting forces of each tooth will be directed mainly in the direction opposite to the movement of the base machine, creating additional traction and facilitating the movement of the working body. A device with such a scheme of operation can be advantageously used on wheeled tractors having relatively low traction, but possessing increased mobility, which is advisable in urban conditions and in the production of dispersed work.

Claims

1. Plow-milling trencher, including the base machine, frame, plow and disk cutters, characterized in that it is equipped with a drum mounted on the frame with the possibility of rotation around its axis and having ribs located on its outer cylindrical surface along its generators, disk cutters rigidly mounted on the drum, and the drum length is greater than the distance between the cutters, and the plow is connected to the frame with the possibility of plane-parallel motion relative to it using two pairs of rods mounted parallel to the planes of fr s and located at different levels, the upper pair of shorter than the lower.

2. Plow-milling trencher according to claim 1, characterized in that the cutting part of the plow is made in the form of a flat plate, the width of which is equal to the distance between the cutters.

3. The plow-milling trencher according to claim 1, characterized in that the profile of the rear surface of the teeth of the cutters is made in the form of an involute.