Проблема зимнего содержания тротуаров в нашей стране традиционно является актуальной, поэтому в коммунальном хозяйстве наряду с мощной и крупногабаритной техникой для разрушения прочных и мерзлых грунтов [9], а также малогабаритных землерезных машин [1-4, 8], имеется потребность в легких мобильных минимашинах, создающих большие усилия для разрушения наледи, но не разрушающих тротуары.

Рис. 1. Принципиальная схема предлагаемой машины

На рисунке 1 изображена принципиальная схема предлагаемой машины.

Минимашина ударного действия имеет раму 1 на колесах 2. На раме установлен диск 3 с вращающимися кулачками 4, привод 5 диска 3 закреплен на раме 1. Диск 3 действует кулачками 4 на рычаг 6 на шарнире 7, поднимая клиновидный рабочий орган 8 для удара о лед 9.

Минимашина работает следующим образом.

При включении привода диск, вращаясь, кулачками нажимает на хвостовик рычага. Рычаг, поворачиваясь вокруг оси (шарнира), поднимает рабочий орган клиновидного типа. После ухода кулачка с хвостовика рычага рабочий орган падает, совершая удар о лед. При этом удары рабочего органа следуют периодически без наличия специальной системы управления, что приведет к снижению материалоемкости и размеров минимашины.

Работа установки заключается в ударном воздействии рабочего органа на лед. Большие силы, возникающие при соударении твердых тел, используются для создания периодических интенсивных воздействий. На рисунке 2 показан характер импульсного воздействия рабочего органа на лед.

По поверхности наледи наносится серия ударов, в результате чего образуется сеть трещин, снижающих прочность поверхности. Наледь разрушается, что позволяет произвести зачистку тротуара.

При ударе рабочий орган внедряется в лед, деформирует его, теряет скорость, кинетическая энергия рабочего органа превращается в потенциальную энергию упругой деформации, разрушающей лед.

Цель разработки минимашины ударного действия состоят в организации соударений, в результате чего обрабатываемый материал (лед) разрушается.

Работа минимашины ударного действия организована так, что удары следуют систематически, например, через равные промежутки времени . Это периодическая последовательность импульсных функций. Для реальных механических систем время самого удара изменяется в диапазоне с. [6-7].

Определим, на каком расстоянии от оси вращения рычага должен отстоять рабочий орган, принимающий удар, чтобы ось вращения не испытывала ударного воздействия, считая рычаг однородным стержнем, а рабочий орган материальной точкой (рис. 3).

Рычаг с рабочим органом имеет плоскость материальной симметрии, с которой совместим координатную плоскость, покажем ось ОХ – ось вращения. Удар наносится в плоскости симметрии перпендикулярно оси у, (С – центр масс системы) масса рассматриваемой системы

,

где – масса рычага;

– общая масса рабочего органа с грузом.

Расстояние от оси О до центра масс С всей системы

При этих условиях искомое расстояние [6]

,

где – момент инерции системы относительно оси вращения.

Определим ударный импульс рабочего органа минимашины.

Момент ударного импульса [6].

,

где – момент инерции вращающегося тела относительно оси Х.

– угловая скорость вращения рычага после удара;

– угловая скорость вращения рычага до удара.

После удара рабочего органа угловая скорость рычага после удара =0.

Изменение кинетической энергии системы

,

где – изменение высоты центра масс рычага;

– масса рычага с рабочим органом.

где – угол поворота рычага.

Угловая скорость рычага при ударе рабочего органа

.

Тогда момент ударного импульса

Ударный импульс рабочего органа

Для макетной установки: .

Импульс .

Средняя сила удара (при )

.

Если сравнить данные [5], что для скалывания наледи толщиной 30…50 мм требуется усилие от 5000 Н, очевидно ударная сила установки достаточна для эффективной работы.

Рецензенты:

Першин В.А., д.т.н., профессор кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) «Донского государственного технического университета», г. Шахты;

Адигамов К.А., д.т.н., профессор кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) «Донского государственного технического университета», г. Шахты.