RU2509191C1

RU2509191C1 - Device for removal of icicles

Info

Publication number: RU2509191C1
Application number: RU2012139880/03A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device for removal of icicles from a cornice of a building roof comprises flexible cutting elements arranged along the cornice in parallel to it. The device comprises two angles capable of rotation and made of orthogonal planes-blades. Cutting elements are made in the form of parallel steel elastic strips connecting the planes and parallel to the building wall.

EFFECT: made as capable of relay loss of stability of its rectilinear shape in the plane of least stiffness under action of axial force, ie force of wind load exceeding its critical value for an appropriate elastic strip.

1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству крыш жилых и производственных зданий, исключающих опасность схода с крышки снега и льда, а также падение сосулек значительных размеров.The invention relates to the construction of roofs of residential and industrial buildings, eliminating the danger of vanishing from the cover of snow and ice, as well as the fall of icicles of considerable size.

Известно устройство для предотвращения падения крупных сосулек, наледи и снега с выступающих деталей крыш, содержащее листообразное гибкое и упругое тело, выступающее за кромку крыши, и выполненное с возможностью задерживания на своей поверхности сосулек, наледи и снега /см. патент РФ на полезную модель №90823, кл. Е04D 13/076, 2009 [1]/.A device for preventing the fall of large icicles, ice and snow from the protruding roof parts, containing a sheet-like flexible and elastic body protruding beyond the edge of the roof, and made with the possibility of delaying icicles, ice and snow / cm on its surface. RF patent for utility model No. 90823, class. E04D 13/076, 2009 [1] /.

Недостатком известного устройства является опасность накопления на выступающем теле значительных масс снега, льда и сосулек вследствие возможности из самопроизвольного обрушения.A disadvantage of the known device is the risk of accumulation on the protruding body of significant masses of snow, ice and icicles due to the possibility of spontaneous collapse.

Известны также электромеханические устройства для удаления снега, льда и сосулек с краев кровли, включающие выступающую за кромку кровли упругую полосу, соединенную либо с пространственным кинематическим механизмом с гибкими сбивающими органами и мотором-редуктором /см.патент РФ на полезную модель №104589, кл. Е04D 13/076, 2010 [2]/, либо с источником механических колебаний, выполненным в виде закрепленного на здании вала с электродвигателем и эксцентриками /см. патент РФ на полезную модель №110790, кл.Е04D 13/076, 2010 [3]/; патент РФ на полезную модель №108466, кл. Е04D 13/076, 2011 [4]/, либо с источником механических вибраций и импульсов в виде передвижного вибратора, соединенного с вибропроводом, состоящим из набора горизонтальных и вертикальных металлических стержней /см. патент РФ на полезную модель №110789, кл. Е04D 13/064, 2010 [5]/, либо с источниками механических импульсов, взаимодействующих с волноводами, выполненными из профильных конструкций, закрепленных с напуском относительно кромки кровли /см. патент РФ на полезную модель №90450, кл. Е01С 11/24, 2009 [6]/.Electromechanical devices for removing snow, ice and icicles from the edges of the roof are also known, including an elastic strip protruding beyond the edge of the roof, connected either to a spatial kinematic mechanism with flexible knocking bodies and a gear motor / see patent of the Russian Federation for utility model No. 104589, class. Е04D 13/076, 2010 [2] /, or with a source of mechanical vibrations made in the form of a shaft mounted on a building with an electric motor and eccentrics / cm. RF patent for utility model No. 110790, class E04D 13/076, 2010 [3] /; RF patent for utility model No. 108466, cl. Е04D 13/076, 2011 [4] /, or with a source of mechanical vibrations and pulses in the form of a mobile vibrator connected to a vibroconductor consisting of a set of horizontal and vertical metal rods / cm. RF patent for utility model No. 110789, class. Е04D 13/064, 2010 [5] /, or with sources of mechanical impulses interacting with waveguides made of profile structures fixed with an inlet relative to the edge of the roof / cm. RF patent for utility model No. 90450, class. ЕСС 11/24, 2009 [6] /.

Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции вследствие необходимости использования специальных виброимпульсных возбудителей, вибропроводов и волноводов, кинематических исполнительных механизмов и т.д., значительные энергозатраты, низкие эксплуатационные характеристики устройств из-за отсутствия возможности полной автоматизации процесса удаления сосулек, наледи и снега с краев кровли, причем на начальной стадии их образования без создания опасности для людей и объектов.The disadvantages of the known devices are the extreme complexity of the design due to the need to use special vibration impulses, vibroconductors and waveguides, kinematic actuators, etc., significant energy consumption, low operational characteristics of the devices due to the lack of the ability to fully automate the process of removing icicles, ice and snow from the edges roofing, and at the initial stage of their formation without creating a danger to people and objects.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для удаления сосулек, закрепленное на стене здания под карнизом крыши, состоящее из элемента, режущего сосульки и связанного с тягой, приводящей режущий элемент в движение, при этом режущий элемент выполнен из гибкого материала, распространяющегося на всю длину карниза и прикрепленного по его краям к водосточным воронкам с помощью насадки, тяга выведена для управления на землю или крышу здания /см.патент РФ на полезную модель, кл.Е04D 13/076, 2011 [7]/, и принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is a device for removing icicles mounted on a wall of a building under the eaves of the roof, consisting of an element that cuts icicles and is connected with a rod that sets the cutting element in motion, while the cutting element is made of flexible material that extends over the entire length of the cornice and is attached along its edges to the drain funnels with the help of a nozzle, the rod is withdrawn for control to the ground or the roof of the building / see paten Russian utility model kl.E04D 13/076 2011 [7] / and taken as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа является ручной характер процесса при полном отсутствии автоматизации и возможности удаления сосулек на начальной стадии их образования.The disadvantages of the prototype device is the manual nature of the process with a complete lack of automation and the ability to remove icicles at the initial stage of their formation.

Сущность изобретения заключается в создании простой, надежной и автономной конструкции, обеспечивающей автоматическое механическое удаление сосулек с наружного края кровли здания полностью без участия человека на начальной стадии их образования за счет использования ветровой энергии.The essence of the invention is to create a simple, reliable and autonomous design that provides automatic mechanical removal of icicles from the outer edge of the roof of the building completely without human intervention at the initial stage of their formation due to the use of wind energy.

Технический результат - обеспечение полной автономности устройства и автоматизации процесса, исключающего вмешательство человека.The technical result is the provision of complete autonomy of the device and automation of the process, excluding human intervention.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для удаления сосулек, включающем гибкие режущие элементы, распространяющиеся на всю длину карниза крыши здания параллельно ему и установленные под карнизом с помощью крепежных узлов по его краям, особенность заключается в том, что крепежные узлы выполнены в виде консольно прикрепленных к карнизу и обращенных вниз вертикальных осей, устройство снабжено двумя уголками, каждый из которых состоит из двух ортогональных плоскостей - лопастей, и свободно с помощью жестко установленной вдоль ребра на стыке данных плоскостей втулки из гидрофобного материала насажен на ось с возможностью поворота и ограничения осевых смещений, при этом две плоскости разных уголков параллельны стене здания и обращены параллельными ребрам уголков торцами друг к другу, две другие плоскости перпендикулярны стене здания и обращены аналогичными торцами наружу от стены, а режущие элементы выполнены в виде соединяющих перпендикулярные стене плоскости уголков прямолинейных стальных упругих полос, расположенных в параллельных стене плоскостях непосредственно вдоль карниза в зоне образования сосулек и имеющих возможность релейной потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей жесткости, перпендикулярной стене, под действием осевой ветровой нагрузки со стороны уголков, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for removing icicles, including flexible cutting elements extending over the entire length of the eaves of the roof of the building parallel to it and installed under the eaves using fastening nodes at its edges, the feature is that the fasteners the nodes are made in the form of cantilever attached to the cornice and facing down vertical axes, the device is equipped with two angles, each of which consists of two orthogonal planes - asthe, and freely using a sleeve of hydrophobic material rigidly mounted along the edge at the junction of these planes, it is mounted on the axis with the possibility of rotation and limitation of axial displacements, while two planes of different angles are parallel to the wall of the building and face each other parallel to the edges of the corners, the other two the planes are perpendicular to the wall of the building and facing the same ends outward from the wall, and the cutting elements are made in the form of connecting angles of rectilinear steel elastic perpendicular to the wall plane os located in planes parallel to the wall directly along the cornice in the icicle formation zone and having the possibility of relay buckling of their rectilinear shape / longitudinal bend / in the plane of least rigidity perpendicular to the wall under the action of axial wind load from the angles that exceeds its critical value for the corresponding elastic strip.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично показано предлагаемое устройство на общем виде.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed device in General view.

Устройство для удаления сосулек 1 с карниза 2 крышки 3 здания 4 включает гибкие режущие элементы 5, распространяющиеся на всю длину карниза 2 параллельно ему и установленные под карнизом 2 с помощью крепежных узлов по его краям. При этом крепежные узлы выполнены в виде консольно прикрепленных к карнизу 2 снизу и обращенных также вниз вертикальных осей 6. Устройство снабжено двумя уголками, каждый из которых состоит из двух ортогональных плоскостей-лопастей 7, 8, 9, 10, причем две плоскости 7, 9 разных уголков параллельны стене 11 здания 4 и обращены параллельными ребрам угольников торцами друг к другу, а две другие плоскости 8, 10 перпендикулярны стене 11 здания 4 и обращены аналогичными торцами наружу от стены 11. Каждый из уголков 7, 8 и 9, 10, с помощью жестко установленной вдоль ребра на стыке плоскостей 7 и 8, 9 и 10 втулки 12, 13 из гидрофобного материала, свободно насажен на соответствующую ось 6 с возможностью поворота и ограничения осевых смещений уголков кольцами 14, 15, жестко надетыми на оси 6. Крепление втулок 12, 13 внутри уголков 7, 8 и 9, 10 вдоль их ребер осуществлено специальными U-образными скобками, охватывающими закругленной частью втулки 12, 13 и введенными концами в отверстия в плоскостях 7, 8, 9, 10 с последующим натягом и фиксацией /на рисунке крепление не показано/. Втулки 12, 13 выполнены из жесткой авиационной резины, как материала с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Это исключает опасность примерзания втулок 12, 13 к осям 6 в процессе эксплуатации устройства и обеспечивает надежный поворот угольников 7, 8 и 9, 10 вокруг осей 6 при действии на плоскости уголков ветровых нагрузок. Уголки с плоскостями-лопастями 7, 8 и 9, 10 выполнены из прочного пластика или тонкого, легкого и жесткого металлического сплава, например дуралюминия, и имеют значительную парусность, то есть высокое аэродинамическое сопротивление ветровым нагрузкам. Режущие элементы 5 выполнены в виде соединяющих перпендикулярные стене 11 плоскости 8, 10 уголков прямолинейных стальных упругих полос, расположенных в параллельных стене 11 плоскостях непосредственно вдоль карниза 2 в зоне образования сосулек 1. В частности, полосы 5 выполнены из пружинной стали и могут быть в количестве одной, двух и более в зависимости от ширины карниза 2, специфики крыши 3 и т.п./ на рисунке показаны две полосы 5/. Крепление полос 5 к плоскостям 8, 10 уголков осуществлено путем введения концов полос 5 с выполненными в их центральной части прямоугольными отверстиями в специальные параллельные и также прямоугольные прорези в плоскостях 8, 10, и последующей вставки в отверстия в концах полос 5 с натягом пластинчатого фиксатора 16, снабженного по своей внешней поверхности зубцами треугольного сечения для надежного стопорения фиксатора 16 в отверстиях полос 5 и, соответственно, полос 5 в плоскостях 8, 10 уголков. Полосы 5, жестко закрепленные по своим концам к плоскостям 8, 10 уголков, нагружены осевыми усилиями под действием ветровой нагрузки со стороны плоскостей 8, 10. При этом полосы 5 выполнены с возможностью релейной /скачкообразной/ потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей жесткости, перпендикулярной стене 11, под действием осевой силы, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы 5. Полосы 5 аналогичны внешне известной стальной линейке значительной длины, распространяющейся на весь карниз 2, шириной порядка 3-5 см и толщиной около 0,5-2 мм. При осевых нагрузках на такую полосу с двух сторон при значении силы, больше критической, линейка скачком /релейно/ теряет свою прямолинейную равновесную форму и резко выпучивается в одну из боковых сторон /в конкретном случае полоса 5 скачком изгибается до контакта с соседней полосой/. При этом сторона, в которую произойдет выпучивание плоскости полосы 5 случайна, заранее неизвестна и зависит от ряда случайных факторов: технологических, конструктивно-эксплуатационных, типа исходной деформации, специфик крепления концов полос 5, угла отклонения от оси продольной силы, воздействия поперечной ветровой нагрузки и т.п.A device for removing icicles 1 from the eaves 2 of the cover 3 of the building 4 includes flexible cutting elements 5 extending to the entire length of the eaves 2 parallel to it and installed under the eaves 2 with the help of fastening nodes along its edges. Moreover, the mounting nodes are made in the form of cantilever attached to the cornice 2 from the bottom and also facing downwards of the vertical axes 6. The device is equipped with two angles, each of which consists of two orthogonal planes-blades 7, 8, 9, 10, and two planes 7, 9 different angles parallel to the wall 11 of building 4 and facing parallel to the edges of the squares, the ends face each other, and the other two planes 8, 10 are perpendicular to the wall 11 of building 4 and facing the same ends outward from the wall 11. Each of the corners 7, 8 and 9, 10, s using a fixed mount ribs at the junction of the planes 7 and 8, 9 and 10 of the sleeve 12, 13 made of hydrophobic material, freely mounted on the corresponding axis 6 with the ability to rotate and limit axial displacements of the corners of the rings 14, 15, rigidly worn on the axis 6. Mounting the sleeves 12, 13 inside corners 7, 8 and 9, 10 along their ribs are made with special U-shaped brackets, covering the rounded part of the sleeve 12, 13 and inserted by the ends into the holes in the planes 7, 8, 9, 10 with subsequent tightening and fixing / not shown in the figure /. The bushings 12, 13 are made of hard aviation rubber, as a material with pronounced hydrophobic properties. This eliminates the danger of freezing of the sleeves 12, 13 to the axles 6 during operation of the device and provides a reliable rotation of the squares 7, 8 and 9, 10 around the axes 6 when exposed to the plane of the corners of the wind loads. Corners with plane-blades 7, 8 and 9, 10 are made of durable plastic or a thin, light and hard metal alloy, such as duralumin, and have significant windage, that is, high aerodynamic resistance to wind loads. The cutting elements 5 are made in the form of connecting planes 8, 10 perpendicular to the wall 11, corners of rectilinear elastic steel strips located in planes parallel to the wall 11 directly along the cornice 2 in the formation zone of icicles 1. In particular, the strips 5 are made of spring steel and can be in quantity one, two or more, depending on the width of the cornice 2, the specifics of the roof 3, etc. / the figure shows two stripes 5 /. The fastening of the strips 5 to the corners planes 8, 10 was carried out by introducing the ends of the strips 5 with rectangular holes made in their central part into special parallel and also rectangular slots in the planes 8, 10, and then inserting them into the holes at the ends of the strips 5 with an interference fit of the plate retainer 16 equipped on its outer surface with teeth of a triangular section for reliable locking of the latch 16 in the holes of the strips 5 and, accordingly, the strips 5 in the planes 8, 10 corners. The strips 5, rigidly fixed at their ends to the angular planes 8, 10, are axially loaded under the influence of wind load from the side of the planes 8, 10. Moreover, the strips 5 are made with the possibility of relay / spasmodic / buckling of its straight shape / longitudinal bending / in the plane of least rigidity perpendicular to the wall 11, under the action of an axial force exceeding its critical value for the corresponding elastic strip 5. Strips 5 are similar to the externally known steel ruler of considerable length, I distribute eysya the entire ledge 2, a width of 3-5 cm and approximately 0.5-2 mm thick. Under axial loads on such a strip from two sides, when the force value is more than critical, the ruler jumps / relay / loses its rectilinear equilibrium shape and sharply bulges to one of the sides / in a specific case, strip 5 bends abruptly to contact with the adjacent strip /. At the same time, the side to which the plane of the strip 5 will buckle is random, is not known in advance and depends on a number of random factors: technological, structural and operational, the type of initial deformation, the specifics of the fastening of the ends of the strips 5, the angle of deviation from the axis of the longitudinal force, the impact of the transverse wind load etc.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

Устройство выполнено так, что чувствительные к ветровым возмущениям уголки 7, 8 и 9, 10 реагируют на последние практически во всех открытых для этих возмущений направлениях. Так, например, на возмущения слева реагирует плоскость 8 левого на рисунке уголка, прогибаясь внутрь и сжимая полосы 5, на возмущения справа аналогично реагирует плоскость 10 правого уголка. Возмущения сзади закрыты зданием, возмущения спереди воспринимаются плоскостями 7 левого и 9 правого уголков, также преобразуясь в поворот уголков и сжатие полос 5. От ветровых нагрузок сверху закрывает карниз 2, вертикальные потоки ветровых возмущений снизу, отражаясь от козырька /карниза/ 2, переходят в горизонтальную плоскость и опять воздействуют на плоскости 7, 8, 9, 10 уголков, вызывая их динамическую раскачку полос 5 в продольных направлениях, облегчающую возможность потери ими устойчивости прямолинейной формы. Заявителем проведены подробные экспериментальные и теоретические исследования геометрических и конструктивно-технологических параметров полос 5 /продольной жесткости на изгиб, геометрических характеристик поперечных сечений, поперечных прогибов и т.п./, а также аэродинамических характеристик плоскостей 7, 8, 9, 10 уголков /эффективные аэродинамические площади поверхностей, оптимальный вес и минимальное трение в опорах вращения и т.д./. Данные расчеты и эксперименты позволяют выбрать параметры вышеуказанных узлов, обеспечивающие создание при минимальных ветровых возмущениях продольные нагрузки на полосы 5, превышающие соответствующие критические значения. Как известно, во времена года, характерные для образования сосулек /зима, весна/, и на высоте крыши здания малые ветровые нагрузки существуют практически в любое время. Периодически несколько раз в сутки /многократно/ эти возмущения переходят в интенсивные порывы ветра в разных направлениях. Очевидно, что это приводит к постоянной периодической потере полосами 5 устойчивости прямолинейной формы, их скачкообразному выпучиванию в одном из боковых направлений, сопровождающемуся касанием полос друг друга, их соударениями и т.п. Так как полосы 5 размещены в зоне образования сосулек 1, то есть сосульки 1 свисают между полосами 5, частично примерзая к ним, то естественно, что такие релейные поперечные перемещения 5 вызывают срез сосулек 1, их сбрасывание вниз. Такой эффект происходит автоматически и периодически по много раз в сутки, что не позволяет сосулькам вырастать до значительных размеров, их удаление и сброс происходит на начальной стадии их образования и неопасны для расположенных внизу людей и объектов. Устройство полностью автономно и автоматизировано, что позволит полностью исключить как участие человека в процессе удаления сосулек, так и затраты электроэнергии. Устройство предельно просто по конструкции, в принципе может быть использована только одна полоса 5 при ее установке строго вдоль наружной кромки карниза 2. Однако для более качественного удаления сосулек 1 целесообразно использовать несколько параллельных полос 5, распределенных по ширине карниза 2, так как в особо сложных климатических условиях и при специфических конструкциях крыш и карнизов сосульки 1 могут образовываться не только по кромке, но и по всей ширине карниза 2.The device is designed so that the angles 7, 8 and 9, 10 sensitive to wind disturbances respond to the latter in almost all directions open to these disturbances. So, for example, the plane 8 of the left corner in the figure reacts to the disturbances on the left, bending inward and squeezing the strip 5, the plane 10 of the right corner reacts similarly to the disturbances on the right. The perturbations in the back are closed by the building, the perturbations in the front are perceived by the planes 7 of the left and 9 right corners, also being converted into a rotation of the corners and compression of the strips 5. From the wind loads from above it closes the curtain rod 2, vertical flows of wind disturbances from below, reflected from the visor / cornice / 2, go horizontal plane and again act on the plane of 7, 8, 9, 10 corners, causing them to dynamically swing bands 5 in longitudinal directions, facilitating the possibility of their loss of stability in a rectilinear shape. The applicant conducted detailed experimental and theoretical studies of the geometric and structural-technological parameters of the bands 5 / longitudinal bending stiffness, geometric characteristics of cross sections, transverse deflections, etc. /, as well as the aerodynamic characteristics of planes 7, 8, 9, 10 angles / effective aerodynamic surface areas, optimal weight and minimal friction in the bearings of rotation, etc. /. These calculations and experiments make it possible to select the parameters of the above nodes, which ensure the creation of longitudinal loads on bands 5, which exceed the corresponding critical values, with minimal wind disturbances. As you know, during the seasons characteristic for the formation of icicles / winter, spring /, and at the height of the roof of the building small wind loads exist almost at any time. Periodically several times a day / many times / these disturbances pass into intense gusts of wind in different directions. Obviously, this leads to a constant periodic loss of stability of the rectilinear bands by the bands 5, their buckling in one of the lateral directions, accompanied by touching the strips of each other, their collisions, etc. Since the strips 5 are located in the formation zone of the icicles 1, that is, the icicles 1 hang between the strips 5, partially freezing towards them, it is natural that such relay transverse movements 5 cause the icicles 1 to be cut, dropping them down. This effect occurs automatically and periodically many times a day, which prevents the icicles from growing to a considerable size, their removal and discharge occurs at the initial stage of their formation and are not dangerous for people and objects located below. The device is completely autonomous and automated, which will completely exclude both human participation in the process of removing icicles and energy costs. The device is extremely simple in design, in principle, only one strip 5 can be used when it is installed strictly along the outer edge of the cornice 2. However, for better removal of icicles 1, it is advisable to use several parallel strips 5 distributed along the width of the cornice 2, since it is especially difficult climatic conditions and with specific designs of roofs and cornices, icicles 1 can form not only along the edge, but also over the entire width of the cornice 2.

Claims

A device for removing icicles, including flexible cutting elements extending along the entire length of the eaves of the roof of the building parallel to it and installed under the eaves with the help of fastening nodes along its edges, characterized in that the fastening nodes are made in the form of cantilever attached to the cornice and facing down vertical axes, the device is equipped with two angles, each of which consists of two orthogonal planes - the blades, and freely using a sleeve hydrophobically rigidly installed along the edge at the junction of these planes the material is mounted on the axis with the possibility of rotation and limitation of axial displacements, while two planes of different angles are parallel to the wall of the building and facing parallel to the edges of the corners with their ends facing each other, the other two planes are perpendicular to the wall of the building and facing the same ends outward from the wall, and the cutting elements are made in the form of connecting corners of rectilinear steel elastic strips perpendicular to the wall of the plane, located in planes parallel to the wall, directly along the cornice in the icicle formation zone having the ability to relay buckling their rectilinear shapes / buckling / smallest stiffness in a plane perpendicular to the wall, under the action of axial wind loading by the corners exceeding its critical value for the corresponding elastic strips.