RU53533U1 - Навесная к шагающему болотоходу фреза для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв - Google Patents

Abstract

Полезная модель направлена на повышение эффективности работы фрезы при рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв за счет снижения ее энергоемкости, а также на упрощение ее конструкции и повышение качества рекультивации на пнистых болотах.

Указанный технический результат достигается тем, что фреза содержит раму, шарнирно установленную на корпусе болотохода; два силовых гидроцилиндра подъема (опускания) рамы, гильза каждого из которых шарнирно соединена с корпусом болотохода, а шток посредством штокового пальца связан с рамой; барабан, закрепленный на раме с возможностью вращения вокруг своей оси; ножи «Г»-образной формы, каждый из которых состоит из закрепленной на барабане вертикальной стойки и отогнутого от нее крыла, оснащенного режущей кромкой; привод вращения барабана; а также установленный на раме массоотводчик грунта и отличается тем, что рама на виде сбоку выполнена ломаной формы в виде жестко соединенных между собой поперечной связью изогнутых в вертикальной плоскости и параллельно расположенных относительно друг друга двух балок, левой и правой, каждая из которых шарнирно соединена своим верхним концом с корпусом болотохода, причем правая балка по длине выполнена короче левой и к ее нижней части с внутренней стороны (со стороны барабана) прикреплен редуктор, не выступая на всей глубине рекультивации грунта «Н» (от Н=0 до Н=H_max) за пределы плоскости резания крайнего правого ножа, повернутого крылом вправо относительно стойки, а нижняя часть левой балки в поперечной плоскости выполнена с «Z»-образным изгибом вовнутрь (в сторону барабана) и на ее конце в подшипнике установлена левая опора барабана, не выступая на всей глубине фрезерования «Н» за пределы плоскости резания крайнего левого ножа, повернутого крылом влево относительно стойки, при этом привод вращения барабана выполнен

гидромеханическим в виде прикрепленного к корпусу редуктора низкомоментного аксиально-поршневого гидромотора, на валу которого консольно с помощью шпоночного соединения установлена ведущая шестерня редуктора, а барабан своей правой стороной посредством зубчатой муфты и шпоночного соединения установлен на выходном валу редуктора. Редуктор привода вращения барабана выполнен одноступенчатым цилиндрическим с возможностью установки сменных пар шестерен с различными передаточными отношениями, понижающих и повышающих его скорость. Массоотводчик грунта жестко установлен на раме фрезы и выполнен единой металлоконструкцией. На концах каждого штокового пальца установлены ролики, которые закреплены в вертикальных пазах соответствующего кронштейна рамы с возможностью блокировки их движения вдоль пазов с помощью съемного ограничителя. Предпочтительно ступица ведущей шестерни редуктора установлена в двух подшипниковых опорах, а вал гидромотора соединен с ней с помощью шпоночного соединения.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.

Полезная модель относится к мелиоративной технике и может быть использована в торфяной промышленности, а также в сельском и лесном хозяйствах для рекультивации земель и, в частности, в нефтегазовой промышленности для устранения нефтяных загрязнений на болотах путем сплошного фрезерования верхнего замазученного слоя грунта и перемешивания его с нижними слоями после предварительного разбрасывания на почву биодиструктора или других биологически активных компонентов.

Уровень техники.

В настоящее время не решена задача повышения эффективности работы фрезы для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв, а также не решены задачи упрощения ее конструкции и повышения качества рекультивации на пнистых болотах.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является навесная к тягачу фреза для рекультивации грунта на болотах (патент на полезную модель №0042730 от 02.08.04 г. по заявке №2004123430/22 (025587), МПК 7 A 01 G 23/06, 2004 г. - Бюл. №35).

Фреза содержит раму «П»-образной формы в виде двух одинаковых по длине продольных прямолинейных балок, левой и правой, соединенных между собой трубой. На ее концах приварены левый и правый фланцы, выполненные в виде дисков с отверстиями под болты. Каждая продольная прямолинейная балка своим верхним концом шарнирно соединена с корпусом тягача. Левый и правый фланцы трубы с помощью болтовых соединений прикреплены, соответственно, к левой и правой прямолинейным щекам рамы. В щеках закреплен барабан с возможностью его вращения вокруг своей оси от высокомоментного гидромотора. Вал гидромотора установлен соосно

барабану. Барабан соединен своей левой стороной с левой щекой рамы с помощью подшипниковой опоры. Правой стороной барабан установлен посредством зубчатой муфты и шпоночного соединения непосредственно на валу гидромотора. Вал гидромотора своим корпусом прикреплен к правой щеке рамы. На наружной цилиндрической поверхности барабана приварены кронштейны, к каждому из которых с помощью болтового соединения прикреплен нож «Г»-образной формы. Каждый нож выполнен из вертикальной стойки, закрепленной в кронштейне, отогнутого от стойки крыла, оснащенного режущей кромкой, а также участка перехода от стойки к крылу (участка изгиба). К гидросистеме тягача подключены два силовых гидроцилиндра, гильзы которых шарнирно соединены с корпусом тягача, а каждый шток каждого силового гидроцилиндра соединен с рамой фрезы посредством закрепленного в штоковой проушине пальца, концы которого установлены в продольных пазах соответствующей продольной балки рамы. К раме фрезы шарнирно прикреплен массоотводчик грунта с возможностью его поворота в вертикальной плоскости и фиксацией от поворота. Массоотводчик грунта состоит из металлического кожуха и прикрепленного к нему с помощью болтового соединения гибкого ограждения, выполненного из листовой резины. К правой щеке рамы приварен кожух, выполненный в виде отвала, который служит для защиты гидромотора от повреждений при пропахивании по нефрезерованной болотистой почве (по грунтовому монолиту), а также при пропахивании по древесным включениям в виде пней, которые входят в состав грунта.

Недостаток прототипа состоит в относительно низкой эффективности работы фрезы из-за ее высокой энергоемкости при фрезеровании болотистой почвы в процессе выполнения рекультивационных работ.

Недостатками прототипа также являются повышенные усилия трения скольжения и повышенные затраты энергии в кинематических парах «штоковый

палец - паз», что снижает надежность конструкции и эффективность работы фрезы.

К недостатку фрезы, кроме того, относится сложность ее конструкции, которая заключается в сложности конструкции рамы и массоотводчика грунта, а также в сложности крепления массоотводчика грунта к раме фрезы.

Рассмотрим указанные недостатки прототипа.

Высокая энергоемкость рабочего органа обусловлена большим сопротивлением нефрезерованного грунта передвижению по нему фрезы с пропахиванием почвы выступающими за пределы плоскости резания ножей левой щекой рамы и подшипниковой опорой барабана. При заглублении фрезы вместе с ней в грунт заглубляются нижняя часть левой щеки и подшипниковая опора. При работе фрезы нижняя часть левой щеки и подшипниковая опора, не прикрытые ножом, перемещаются с пропахиванием по нефрезерованному грунту и пням, которые оказывает значительное сопротивление передвижению фрезы. Для преодоления такого сопротивления требуется дополнительное усилие со стороны тягача и соответствующие ему дополнительные затраты энергии. При максимальной глубине рекультивации H_max, которая превышает величину радиуса барабана R, сопротивление передвижению фрезы и соответствующие ему дополнительное затраты энергии становятся максимальными из-за увеличения площади и объема грунта, пропахиваемого левой щекой и подшипниковой опорой.

Высокая энергоемкость рабочего органа обусловлена большим сопротивлением нефрезерованного грунта передвижению по нему фрезы с пропахиванием почвы выступающими за пределы плоскости резания ножей правой щекой рамы и защитным кожухом гидромотора. Вместе с барабаном фрезы в грунт заглубляются нижняя часть правой щеки и низко расположенный высокомоментный гидромотор с его защитным кожухом. Низкое расположение высокомоментного гидромотора обусловлено его установкой соосно барабану. При работе фрезы нижняя часть правой щеки рамы и кожух гидромотора, не прикрытые ножом, перемещаются с пропахиванием по нефрезерованному

грунту и пням, которые оказывает значительное сопротивление передвижению фрезы. Для преодоления такого сопротивления требуется дополнительное усилие со стороны тягача и соответствующие ему дополнительные затраты энергии. При максимальной глубине рекультивации грунта сопротивление передвижению фрезы и соответствующие ему дополнительное затраты энергии достигают максимального значения.

Высокая энергоемкость рабочего органа обусловлена также относительно низким гидромеханическим к.п.д. () высокомоментного гидромотора. К.п.д. высокомоментного гидромотора не превышает 80% или 0,8. Даже один из лучших импортных высокомоментных гидромоторов ЕРМТ 160 (болгарский героторный гидромотор шестеренчатого типа), который по своей технической характеристике превышают отечественные аналоги, имеет гидромеханический к.п.д. 80%-83% или 0,8-0,83 при давлении 200 бар (20 МПа) и расходе рабочей жидкости 100-125 л/мин (см. точки А и А' на верхнем графике приложения №1 - «Каталог HYDRAULIC MOTORS ЕРМТ», с.58). Низкий гидромеханический к.п.д. высокомоментного гидромотора снижает эффективность работы фрезы.

Относительно высокая энергоемкость фрезы по прототипу обусловлена и повышенными усилиями трения скольжения в кинематических парах «штоковый палец - паз». Кроме того, продольное расположение пазов в балках рамы также вызывает повышенные усилия, необходимые для вертикального перемещения барабана при его подъеме и перескакивании через пни. Повышенные усилия трения скольжения вызывают дополнительные затраты энергии, а также значительный износ штоковых пальцев и взаимодействующих с ними пазов, что снижает надежность конструкции и эффективность работы фрезы.

Отсутствие блокировки движения штоковых пальцев в пазах рамы приводит к снижению качества рекультивационных работ на болотистых пнистых грунтах. Так, при встрече фрезы с пнем на его барабан воздействуют значительные усилия, которые превышают вес рабочего органа. В результате

чего барабан фрезы вместо фрезерования пня перескакивает через него. При перескакивании пня грунт по обе стороны от него не фрезеруется, что снижает качество и эффективность рекультивационных работ.

Относительная сложность конструкций рамы фрезы и массоотводчика грунта, а также сложность его крепления к раме обусловлены следующими причинами:

- наличием в составе рамы дополнительного узла - защитного кожуха гидромотора;

- наличием в узлах крепления массоотводчика грунта к раме шарнирных соединений, а также деталей для фиксации массоотводчика грунта от поворота в указанных шарнирных соединениях;

- наличием в составе рамы двух разъемных фланцевых соединений, включающих левый и правый фланцы, которые служат для крепления соответственно левой и правой щек. При этом каждое фланцевое соединение включает в себя помимо фланцев ряд крепежных деталей и элементы их фиксации от самоотвинчивания при вибрации в процессе работы фрезы;

- наличием в составе массоотводчика грунта, кроме металлоконструкции, гибкого ограждения из резины, а также ряда крепежных элементов для его соединения.

Испытания экспериментального образца фрезы для рекультивации грунта на болотах (см. статью Петрова А.А. и Васильева В.М. «Топаем по топям» в журнале «Изобретатель и рационализатор». - 2005. - №4. - С.7-8.) показали, что гибкое ограждение, которое установлено на пути движения частиц грунта, вылетающих из под фрезы, ограничивает их дальность полета. Гибкое ограждение не только усложняет конструкцию массоотводчика грунта, но и снижает эффективность рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв. При снижении дальности полета частиц грунта снижается их насыщение кислородом, что замедляет процесс деградации углеводородов нефти в болотистом грунте и восстановление замазученных земель (см. статью Петрова А.А. «Высокопроходимая шагающая техника для освоения болот и

устранения нефтяных загрязнений болотистых почв. Современные проблемы развития нефтегазовой промышленности России» в журнале «Нефтегазопромысловый инжиниринг». - 2005. - №3. - С.27-32).

Сложность конструкций рамы и массоотводчика грунта приводят к увеличению трудоемкости изготовления фрезы и снижению ее надежности и эффективности.

Практический опыт эксплуатации аналогичных рабочих органов по рекультивации грунта показал, что для эффективной работы фрезы в условиях болот ножи ее барабана должны иметь две скорости резания, пониженную (6-8 м/с) и повышенную (24-26 м/с). Пониженная скорость резания позволяет эффективно работать фрезе на беспнистой или малопнистой болотистой почве. При пониженной скорости резания не производится переработка пней в мелкую щепу и не требуются значительные затраты энергии для сплошного фрезерования грунта. При встрече с единично встречаемым пнем фреза перескакивает через него от воздействия силы сопротивления резания со стороны пня за счет свободного хода штоковых пальцев в пазах рамы.

Повышенная скорость резания обеспечивает эффективную работу фрезы на пнистой почве. При повышенной скорости резания происходит переработка пней в мелкую стружку, что повышает качество рекультивационных работ и эффективность использования фрезы на пнистых грунтах. В этом случае движение штоковых пальцев силовых гидроцилиндров в пазах рамы должно быть заблокировано, например, с помощью ограничителей. Однако прототип в своей конструкции не имеет такого ограничителя, что не позволяет качественно производить рекультивацию пнистых почв.

Раскрытие полезной модели.

В основу полезной модели положена задача повышения эффективности работы фрезы при рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв за счет снижения энергоемкости сплошного фрезерования грунта, а также задачи упрощения ее конструкции и повышения качества рекультивации на пнистых грунтах.

Этот технический результат достигается тем, что у навесной к шагающему болотоходу фрезы для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв, содержащей раму, шарнирно установленную на корпусе болотохода; два силовых гидроцилиндра подъема (опускания) рамы, гильза каждого из которых шарнирно соединена с корпусом болотохода, а шток посредством штокового пальца связан с рамой; барабан, закрепленный на раме с возможностью вращения вокруг своей оси; ножи «Г»-образной формы, каждый из которых состоит из закрепленной на барабане вертикальной стойки и отогнутого от нее крыла, оснащенного режущей кромкой; привод вращения барабана; а также установленный на раме массоотводчик грунта; согласно полезной модели, рама на виде сбоку выполнена ломаной формы в виде жестко соединенных между собой поперечной связью изогнутых в вертикальной плоскости и параллельно расположенных относительно друг друга двух балок, левой и правой, каждая из которых шарнирно соединена своим верхним концом с корпусом болотохода, причем правая балка по длине выполнена короче левой и к ее нижней части с внутренней стороны (со стороны барабана) прикреплен редуктор, не выступая на всей глубине рекультивации грунта «Н» (от Н=0 до Н=H_max) за пределы плоскости резания крайнего правого ножа, повернутого крылом вправо относительно стойки, а нижняя часть левой балки в поперечной плоскости выполнена с «Z»-образным изгибом вовнутрь (в сторону барабана) и на ее конце в подшипнике установлена левая опора барабана, не выступая на всей глубине фрезерования «Н» за пределы плоскости резания крайнего левого ножа, повернутого крылом влево относительно стойки, при этом привод вращения барабана выполнен гидромеханическим в виде прикрепленного к корпусу редуктора низкомоментного аксиально-поршневого гидромотора, на валу которого консольно с помощью шпоночного соединения установлена ведущая шестерня редуктора, а барабан своей правой стороной посредством зубчатой муфты и шпоночного соединения установлен на выходном валу редуктора. Редуктор привода вращения барабана выполнен одноступенчатым цилиндрическим с возможностью установки

сменных пар шестерен с различными передаточными отношениями, понижающими и повышающими его скорость. Массоотводчик грунта жестко установлен на раме фрезы и выполнен единой металлоконструкцией. На концах каждого штокового пальца установлены ролики, которые закреплены в вертикальных пазах соответствующего кронштейна рамы с возможностью блокировки их движения вдоль пазов с помощью съемного ограничителя. Предпочтительно ступица ведущей шестерни редуктора установлена в двух подшипниковых опорах, а вал гидромотора соединен с ней с помощью шпоночного соединения.

Краткое описание чертежей.

Полезная модель поясняется следующими чертежами, где:

на фиг.1 показан вид сбоку на фрезу; штрихпунктирными линиями показано транспортное положение фрезы;

на фиг.2 - вид А на фиг.1 (вид в плане на фрезу); границы барабана по концам ножей условно показаны штрихпунктирной линией;

на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; шарнирное соединение гильзы силового гидроцилиндра с корпусом болотохода;

на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1; шарнирное соединение рамы фрезы с корпусом болотохода;

на фиг.5 - сечение В-В на фиг.2; гидромеханический привод вращения барабана и консольная установка ведущей шестерни редуктора на валу гидромотора (штрихпунктирной линией «а-а» показана граница плоскости резания крайнего правого ножа барабана);

на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.2; подшипниковая опора барабана фрезы (штрихпунктирной линией «б-б» показана граница плоскости резания крайнего левого ножа барабана);

на фиг.7 - вид Б на фиг.1; вид сзади на барабан фрезы (условно показаны только крайние ножи барабана);

на фиг.8 - сечение Д-Д на фиг.7; поперечное сечение барабана;

на фиг.9 - схема расстановки ножей на развертке барабана по его образующей;

на фиг.10 - поперечное сечение редуктора привода вращения барабана; вариант установки ведущей шестерни редуктора в двух подшипниковых опорах;

на фиг.11 - поперечное сечение редуктора привода вращения барабана; вариант установки сменных шестерен редуктора, повышающих скорость резания грунта;

на фиг.12 - сечение Е-Е на фиг.2; крепление массоотводчика грунта к раме;

на фиг.13 - сечение Ж-Ж на фиг.1; соединение штока силового гидроцилиндра с кронштейном рамы (установлены ограничители движения роликов штоковых пальцев в пазах кронштейнов рамы);

на фиг.14 - вид В на фиг.13; вид сбоку на кронштейн рамы и вертикальный паз;

на фиг.15 - вид сбоку на фрезу в момент перескакивания ее барабаном препятствия в виде пня (ограничители движения роликов штоковых пальцев в пазах кронштейнов рамы демонтированы).

Осуществление полезной модели.

Навесная к шагающему болотоходу фреза для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв состоит из рамы 1, шарнирно соединенной с корпусом 2 болотохода, двух силовых гидроцилиндров 3 (фиг.1-4), а также барабана 4 цилиндрической формы с правосторонним приводом вращения, включающим низкомоментный гидромотор 5 и редуктор 6 (фиг.5). Рама 1 фрезы выполнена из жестко соединенных между собой поперечной связью, изогнутых в вертикальной плоскости в виде ломаной линии и параллельно расположенных относительно друг друга двух балок, правой 7 (см. фиг.5) и левой 8 (фиг.6). Нижняя часть правой балки 7 выполнена короче левой балки 8. Редуктор 6 прикреплен с помощью болтового соединения к нижней части правой балки 7 с ее внутренней стороны (со стороны барабана 4). Редуктор 6 выполнен одноступенчатым цилиндрическим и помещен внутрь плоскости

резания крайнего правого ножа 9, который повернут крылом 10 вправо относительно стойки 11. Плоскость резания крайнего правого ножа 9 справа ограничена линией «а-а» (см. фиг.5). Правый нож 9 имеет «Г»-образную форму и закреплен с помощью болтового соединения в кронштейне 12, приваренном к поверхности барабана 4. Крайний правый нож 9 закреплен на барабане 4 соответственно на его правом крае. В отличие от правой балки 7, нижняя часть левой балки 8 в поперечной плоскости выполнена с «Z»-образным изгибом вовнутрь, в сторону барабана 4 (см. фиг.6). На нижнем конце левой балки 8 установлена подшипниковая опора 13 барабана 4. Подшипниковая опора 13 вместе с нижней частью левой балки 8 помещена внутрь плоскости резания крайнего левого ножа 14, который повернут крылом 15 влево относительно стойки 16. Плоскость резания крайнего левого ножа 14 слева ограничена линией «б-б» (см. фиг.6). Левый нож 14, аналогично правому ножу 9, закреплен с помощью болтового соединения в соответствующем кронштейне 12, приваренном к поверхности барабана 4. Крайний левый нож 14 закреплен соответственно на левом крае барабана 4. Горизонтальная ось вращения барабана 4 расположена перпендикулярно направлению движения болотохода. Барабан 4 закреплен своей левой стороной в подшипниковой опоре 13 (см. фиг.6), а правым краем установлен на выходном валу 17 редуктора 6 посредством зубчатого соединения 18 и шпонки 19 (см. фиг.5).

Суммарное количество правых ножей 9 составляют половину от общего количества ножей. Таким образом, общее количество правых ножей 9 равно общему количеству левых ножей 14. Все ножи 9, 14 равномерно установлены на поверхности барабана 4. В каждой плоскости резания расположено по одному ножу. Каждый нож перекрывает соседний, за исключением крайних ножей (фиг.7, 8, 9). Ведущая шестерня 20, понижающая число оборотов выходного вала 17 редуктора 6, установлена на валу гидромотора 5 с помощью шпоночного соединения. В зацеплении с ведущей шестерней 20 на выходном валу 17 редуктора 6 установлена ведомая шестерня 21. Она имеет большее число зубьев, чем ведущая шестерня 20 (см. фиг.5). Как вариант, ведущая

шестерня 22 установлена в двух подшипниковых опорах редуктора 6 (фиг.10). При этом вал гидромотора 5 помещен внутри ступицы ведущей шестерни 22 и соединен с ней с помощью шпоночного соединения. Форма и размеры редуктора 6 позволяют установить внутри него сменные ведущую 23 и ведомую 24 шестерни, повышающие скорости вращения выходного вала 17 и барабана 4 (фиг.11). Низкомоментный гидромотор 5 аксиально - поршневого типа своим посадочным пояском сцентрирован в отверстии корпуса редуктора 6 и прикреплен к нему с помощью болтового соединения (см. фиг.5). Массоотводчик грунта 25 выполнен единой металлоконструкцией из тонкой листовой стали, усиленной ребрами жесткости и приварен к раме 1 (фиг.12). Штоковая проушина каждого силового гидроцилиндра 3 соединена с рамой 1 посредством двух роликов 26, установленных на концах штокового пальца 27. Ролики 26 помещены в прямолинейном наклонном пазу 28 кронштейна 29, приваренного к раме 1 (фиг.13, 14). К каждому кронштейну 29 рамы 1 с каждой его стороны с помощью пары болтов 30 прикреплен съемный ограничитель 31 движения ролика 26 по пазу 28.

Навесная к шагающему болотоходу фреза для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв работает следующим образом. При поступательном передвижении болотохода в переднем направлении от его насосной станции подают давление рабочей жидкости на низкомоментный гидромотор 5 привода фрезы (см. фиг.2, 5). Гидромотор 5 эффективно преобразует давление жидкости в гидросистеме в крутящий момент с высоким гидромеханическим к.п.д., не ниже 96%. Даже отечественные низкомоментные гидромоторы аксиально-поршневого типа 310.56..., 310.112... и др., не отличающиеся своими высокими техническими характеристиками по сравнению с зарубежными аналогами, при расходе рабочей жидкости 100 л/мин и более и давлении 200 бар имеют такой высокий к.п.д., равный 96% или 0,96 (см. приложение №2 - «Каталог гидравлики ОАО Пневмостроймашина», с.19). Использование в полезной модели низкомоментного гидромотора 5 аксиально-поршневого типа по сравнению с высокомоментным гидромотором, примененным

в прототипе, значительно снижает потери энергии в приводе вращения фрезы и повышает эффективность ее работы. При этом крутящий момент от вала гидромотора 5 с помощью ведущей и ведомой шестерен 20 и 21, понижающих скорость вращения и повышающих крутящий момент, передается на выходной вал 17 редуктора 6. На барабан 4 с кронштейнами 12 повышенный крутящий момент передается посредством шпонки 19 и зубчатого соединения 18. При вращении барабана 4 вместе с ним движутся правые и левые ножи 9 и 14 (см. фиг.5, 6). Далее, с помощью силовых гидроцилиндров 3, путем выдвижения их штоков, переводят барабан 4 из транспортного положения в рабочее. На фиг.1 транспортное положение барабана 4 показано штрих - пунктирными линиями. При выдвижении штоков происходит поворот последних по часовой стрелке относительно осей их шарнирных соединений с корпусом 2 шагающего болотохода (см. фиг.1, 3). Вместе с силовыми гидроцилиндрами 3 в ту же сторону поворачивает рама 1 относительно осей ее шарнирных соединений с корпусом 2 шагающего болотохода (см. фиг.1, 4). При полном выдвижении штоков силовых гидроцилиндров 3 барабан 4 заглубляют в болотистый грунт на максимальную глубину рекультивации Н=H_max. При вращательном движении барабана 4 вокруг своей оси и его поступательном движении вместе с шагающим болотоходом происходит сплошное фрезерование грунта ножами 9 и 14. Радиальные нагрузки, действующие на барабан 4 во время работы фрезы, с левой стороны воспринимаются подшипниковой опорой 13 (см. фиг.6, 7), а с правой - выходным валом 17 редуктора 6 (см. фиг.5, 7). На беспнистых и малопнистых болотах фреза эффективнее (с меньшими затратами энергии) работает на пониженной скорости вращения. Для обеспечения пониженной скорости вращения барабана предпочтительна совместно с ведомой шестерней 21 в редукторе 6 установка ведущей шестерни 22 в двух подшипниковых опорах, что снижает нагрузку на вал гидромотора 5 и его подшипники (см. фиг.10). В этом случае вал гидромотора 5 передает только крутящий момент и разгружен от радиальных нагрузок. Перед началом работы по рекультивации грунта на беспнистых и

малопнистых болотах с каждого кронштейна 29 с помощью болтов 30 демонтируют ограничители 31 движения роликов 26 по пазам 28. При встрече фрезы с одиноким пнем от его усилия, действующего на барабан 4, последний вместе с рамой приподнимается вверх на величину «h», которая соответствует длине «1» пазов 28 в кронштейнах 29. При этом кронштейны 29 (см. фиг.13, 14) своими пазами 28 движутся вверх относительно роликов 26 до упора нижнего края каждого паза 28 в соответствующий ролик 26. После проезда пня барабан 4 фрезы под действием собственного веса опускается в грунт на прежнюю глубину «H». При этом кронштейны 29 вместе с пазами 28 движутся вниз относительно роликов 26 до упора верхнего края каждого паза в соответствующий ролик 26. Благодаря вертикальному расположению пазов 28 в кронштейнах 29 и установке роликов 26 на штоковых пальцах 27, при подъеме фрезы на пне вверх не возникает больших сил сопротивления в кинематических парах «ролик - паз», что повышает надежность работы металлоконструкции фрезы.

При работе на пнистых болотах внутрь редуктора 6 вместо пары шестерен 20 и 21 (см. фиг.5) или 22 и 21 (см. фиг.10) устанавливают сменную пару шестерен 23 и 24 (см. фиг.11), обеспечивающую повышенную скорость вращения фрезы и повышенную скорость резания. При повышенной скорости резания барабан 4 с ножами 9, 14 эффективно перерабатывает пни в мелкую щепу и проводит качественную рекультивацию грунта. В этом случае, для устранения возможности перепрыгивания пней барабаном 4 фрезы через пень, к каждому кронштейну 29 с каждой его стороны с помощью пары болтов 30 крепят съемный ограничитель 31 движения роликов 26 по пазам 28. Единая сварная конструкция рамы 1 без фланцевых соединений и крепежных элементов, в отличие от составной рамы прототипа, состоящей из нескольких частей, проще по конструкции и обладает большей жесткостью и надежностью в работе.

Ломаная форма балок 7, 8 рамы на виде сбоку, изогнутых в вертикальной плоскости, копирует хвостовую часть опорных лыж шагающего болотохода

(на фиг.1 хвостовая часть опорных лыж показана штрихпунктирными линиями). Такая форма балок 7, 8 позволила как можно ближе приблизить фрезу к шагающему болотоходу и значительно уменьшить длину ее рамы 1 в продольном направлении. Снижение длины рамы 1 позволило уменьшить нагрузки, действующие на подвеску фрезы и корпус 2 шагающего болотохода и повысить надежность конструкции.

При попутном фрезеровании ножи 9, 14 захватывают своими крыльями 10 и 15 грунт определенной толщины, срезают его, транспортируют по траекториям своего движения и отбрасывают на массоотводчик грунта 25 (см. фиг.1, 2, 12). Сварное соединение массоотводчика грунта 25 с рамой 1 по сравнению с прототипом обладает большей жесткостью и надежностью в работе. Сварное соединение проще по конструкции по сравнению с шарнирным соединением, примененным в прототипе, которое состоит из нескольких элементов. Измельченная на мелкие фракции и перемешанная в процессе фрезерования болотистая почва отражается от массоотводчика грунта 25 и расстилается в переработанном виде сзади фрезы на поверхности болота. Ножи 9 и 14 «Г»-образной формы эффективнее других режущих элементов производят крошение почвы за счет большой зоны деформации. Крылья 10 и 15 ножей 9 и 14 уничтожают сорную растительность подрезанием корневой системы (см., например, книгу Г.Н.Синеокова и И.М.Панова «Теория и расчет почвообрабатывающих машин» // М., Машиностроение, 1977. - 328 с.). При этом сплошное фрезерование грунта решает одновременно несколько задач. При сплошном фрезеровании снижается концентрация нефти в верхних слоях почвы до уровня, приемлемого для углеводородокислящей микрофлоры и растений-мелиорантов. Происходит разбавление нефти более чистым грунтом из нижних горизонтов, увеличивается поверхность соприкосновения остаточных нефтепродуктов с биологически активной средой и улучшается водно-воздушный режим почвы, что способствует быстрому разложению нефтепродуктов и восстановлению растительности (см., например, «Разработка экологичной машины сплошного фрезерования для устранения

нефтяных загрязнений на болотах»: Дополнение к отчету о НИР по теме 233 / КПИ; Коровицын Л.Ф., Петров А.А. - Калинин, 1991. - 57 с.).

Отсутствие в конструкции массоотводчика грунта 25 гибкого ограждения по сравнению с прототипом значительно увеличивает дальность полета по воздуху нефтезагрязненных частиц грунта. Поэтому нефтезагрязненные частицы грунта полнее насыщаются кислородом воздуха и быстрее окисляются. Эффективное окисление углеводородов нефти способствует ускорению ее деградации и более эффективной работе фрезы при рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв (см, например, книгу Г.Е.Пановой и др. «Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности» // М., Недра, 1986. - 244 с.).

Равномерное распределение ножей 9, 14 на барабане 4 обеспечивает последовательное их врезание в почву с постоянным угловым шагом и равномерность крутящего момента барабана 4 фрезы. Равномерное распределение ножей 9, 14 по окружности барабана 4 и по его ширине снижает динамические нагрузки в приводе фрезы и повышают равномерность ее работы, так как в контакт с грунтом по мере вращения барабана 4 постепенно вступает по одному ножу 9 или 14. Большое угловое смещение друг относительно друга ножей 9, 14, установленных на соседних кронштейнах, способствует снижению их забивания почвой и растительными остатками, что снижает энергоемкость фрезы и повышает эффективность ее работы.

Низкая энергоемкость фрезерования обусловлена малым сопротивлением грунта передвижению по нему барабана фрезы без пропахивания по нефрезерованной почве нижней частью левой балки 8 рамы 1 и прикрепленной к левой балке 8 подшипниковой опорой 13 барабана 4, так как указанные детали движутся «под прикрытием» крайнего левого ножа 14 и только по сфрезерованному грунту независимо от глубины фрезерования «Н», от Н=0 до Н=Н_max (см. фиг.6). Сфрезерованный грунт практически не оказывает сопротивления передвижению по нему левой балки 8 и подшипниковой опоры

13, поэтому со стороны шагающего болотохода не требуется дополнительное усилие и соответствующие ему дополнительное затраты энергии.

Низкая энергоемкость фрезерования обусловлена малым сопротивлением грунта передвижению по нему барабана 4 фрезы без пропахивания по нефрезерованной почве нижними частями правой балки 7 рамы 1 и корпусом гидромотора 5, так как правая балка 7 укорочена и расположена значительно выше поверхности грунта. Корпус гидромотора 5 расположен выше поверхности грунта даже при максимальной величине H_max заглубления барабана 4 фрезы и ее ножей 9, 14 в грунт (см. фиг.5). Кроме того редуктор 6 привода вращения барабана 4 при работе фрезы движется «под прикрытием» крайнего правого ножа 9 только по сфрезерованному грунту на любой глубине фрезерования «Н», вплоть до Н=H_max. Сфрезерованный грунт практически не оказывает сопротивления передвижению по нему нижней части редуктора 6. Поэтому для передвижения нижней части редуктора 6 на любой глубине рекультивации грунта не требуется дополнительное усилие со стороны шагающего болотохода и соответствующие ему дополнительное затраты энергии

В процессе работы фрезы на пониженной скорости резания на беспнистых и малопнистых грунтах не происходит заедания роликов 26 в вертикальных пазах 28 кронштейнов 29 рамы 1, а также значительно снижается износ штоковых пальцев 27, роликов 26 и пазов 28, в связи с применением трения качения в кинематических парах «ролик - паз». Кроме того, при передвижении роликов 26 в вертикальных пазах 28, в отличие от продольных пазов, не создается больших усилий, что повышает надежность работы фрезы.

При работе фрезы на повышенной скорости резания на болотистых пнистых грунтах с применением ограничителей 31 производится блокировка движения роликов 26 по пазам 28. При этом не происходит перескакивания барабана 4 через пень. Фреза на повышенной скорости резания вместе с

грунтом тщательно перерабатывает пень в мелкую щепу, что повышает качество рекультивации.

Рабочий проект навесной к шагающему болотоходу фрезы для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв разработан в ЗАО «ТЭМЗ» по чертежам авторов заявки на полезную модель. В конструкции фрезы воплощены новые технические решения, отраженные в данной заявке на полезную модель. В настоящее время в ЗАО «ТЭМЗ» завершается изготовление такой фрезы по заказу экологической организации Западной Сибири.

Claims (5)

1. Навесная к шагающему болотоходу фреза для рекультивации нефтезагрязненных болотистых почв, содержащая раму, шарнирно установленную на корпусе болотохода, два силовых гидроцилиндра подъема (опускания) рамы, гильза каждого из которых шарнирно соединена с корпусом болотохода, а шток посредством штокового пальца связан с рамой, барабан, закрепленный на раме с возможностью вращения вокруг своей оси, ножи Г-образной формы, каждый из которых состоит из закрепленной на барабане вертикальной стойки и отогнутого от нее крыла, оснащенного режущей кромкой, привод вращения барабана, а также установленный на раме массоотводчик грунта, отличающаяся тем, что рама на виде сбоку выполнена ломаной формы в виде жестко соединенных между собой поперечной связью изогнутых в вертикальной плоскости и параллельно расположенных относительно друг друга двух балок, левой и правой, каждая из которых шарнирно соединена своим верхним концом с корпусом болотохода, причем правая балка по длине выполнена короче левой и к ее нижней части с внутренней стороны (со стороны барабана) прикреплен редуктор, не выступая на всей глубине рекультивации грунта Н (от Н=0 до Н=H_max) за пределы плоскости резания крайнего правого ножа, повернутого крылом вправо относительно стойки, а нижняя часть левой балки в поперечной плоскости выполнена с Z-образным изгибом вовнутрь (в сторону барабана) и на ее конце в подшипнике установлена левая опора барабана, не выступая на всей глубине фрезерования Н за пределы плоскости резания крайнего левого ножа, повернутого крылом влево относительно стойки, при этом привод вращения барабана выполнен гидромеханическим в виде прикрепленного к корпусу редуктора низкомоментного аксиально-поршневого гидромотора, на валу которого консольно с помощью шпоночного соединения установлена ведущая шестерня редуктора, а барабан своей правой стороной посредством зубчатой муфты и шпоночного соединения установлен на выходном валу редуктора.

2. Фреза по п.1, отличающаяся тем, что редуктор привода вращения барабана выполнен одноступенчатым цилиндрическим с возможностью установки сменных пар шестерен с различными передаточными отношениями, понижающих и повышающих его скорость.

3. Фреза по п.1, отличающаяся тем, что массоотводчик грунта жестко установлен на его раме и выполнен единой металлоконструкцией.

4. Фреза по п.1, отличающаяся тем, что на концах каждого штокового пальца установлены ролики, которые закреплены в вертикальных пазах соответствующего кронштейна рамы с возможностью блокировки их движения вдоль пазов с помощью съемного ограничителя.

5. Фреза по п.1, отличающаяся тем, что ступица ведущей шестерни редуктора установлена в двух подшипниковых опорах, а вал гидромотора соединен с ней с помощью шпоночного соединения.