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.
Библиографическая ссылка
Болтовский В.А., Байбара С.Н., Дикий Р.В., Алейникова О.А. МИНИМАШИНА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ НАЛЕДИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22099 (дата обращения: 13.10.2024).