плужно-фрезерный траншеекопатель

Формула изобретения

1. Плужно-фрезерный траншеекопатель, включающий базовую машину, раму, плуг и дисковые фрезы, отличающийся 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.

2. Плужно-фрезерный траншеекопатель по п.1, отличающийся тем, что режущая часть плуга выполнена в виде плоской пластины, ширина которой равна расстоянию между фрезами.

3. Плужно-фрезерный траншеекопатель по п.1, отличающийся тем, что профиль задней поверхности зубьев фрез выполнен в виде эвольвенты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к землеройным машинам и может быть использовано для рытья траншей в грунтах различных категорий.

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).

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.

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).

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.

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).

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.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить энергоемкость процесса разработки грунта посредством приведения рабочего органа в самостоятельное движение.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг. 1 представлен вид в плане траншеекопателя, на фиг. 2 - то же, его вид сбоку, на фиг. 3 - схема работы траншеекопателя.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.