Машина для очистки дорог от снежно-ледяных образований
MACHINE FOR CLEANING ROADS FROM SNOW AND ICE FORMATIONS

Изобретение относится к техническим средствам городского коммунального хозяйства и предназначено для обработки и очистки дорожных покрытий от уплотненного снега и льда.
3
3
2
2
Для зимнего содержания дорог используют плужные, щеточные и роторные снегоочистители, снегопогрузчики, машины для удаления уплотненного снега, машины для распределения минеральных и химических материалов по проезжей части, универсальные уборочные и тротуароуборочные машины (см. Ремонт и содержание автомобильных дорог: справочник и инженера дорожника / А.П. Васильев, В.И. Баловне, М.Б. Корсунский и др.; под редакцией А.П. Васильева. - М.: Транспорт, 1989, 287 с.). В последние годы наметилась тенденция к совершенствованию технологии зимней уборки дорог и скоростных магистралей, которая заключается в применении машин, выполняющих большее число технологических операций за один проход. Среди образцов такой техники можно назвать комбинированную машину для скоростного зимнего содержания ЭД-700. Базовое шасси Volvo FM-400, двигатель 294 кВт, колесная формула 6x4. Ширина плуга в рабочем положении 3600 мм, в наличии также имеется межосевая щетка с рабочей шириной 3390 мм. Вместимость бункера твердых реагентов 9 м, емкости для жидкого реагента 3 м. Рабочая ширина распределения реагентов 4-16 м. Возможна работа раздельно с жидким, твердым и увлажненным реагентами, плотность распределения твердого реагента 5-350 г/м, плотность распределения жидкого реагента от 10 до 150 г/м (см. Технологии и машины для зимнего содержания городских дорог, https://osl.ru/article/7905-tehnologii-i-mashiny-dlva-zimnego-soderjaniya-gorodskih-dorog). После очистки дороги от снега с помощью плуга и межосевой щетки на поверхности может оставаться слой трудноудаляемого снежно-ледяного образования (СЛО), для химического разрушения которого производится разбрасывание сыпучих и разбрызгивание жидких реагентов. Для уменьшения скользкости поверхностей СЛО может разбрасываться и песок. Для распределения минеральных и химических материалов используют разбрасыватели, смонтированные на автомобильном шасси или прицепах, имеющих постоянное закрепленное или быстросъемные оборудование. Специальное оборудование распределителей состоит из бункера с запасом сыпучего материала, механизма подачи материала на разбрасывающее устройство и самого разбрасывающего дискового устройства. Для распределения жидких противогололедных материалов машина оборудуется цистерной, насосной станцией, распределителем и навесным разбрызгивателем. Разбрызгиватель может быть дисковым (Экомекс-РАРЗ, КО-829 А) и сопловым (Stratos B60-36-VALNCS) (см. Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог: Учебное пособие для вузов по дисциплине «Дорожные машины» / В.И. Баловнев, М.А. Беляев и др.; Под общ. Ред. В.И. Баловнева - Москва-Омск: ОАО «Омский дом печати», 2005, 768 с. С. 323-346). В одной машине может применяться распределение сыпучих и жидких материалов (ЭД-700, Stratos В60-36-VALNCS) - это комбинированные машины (КМ), считающиеся наиболее эффективными в группе машин для распределения антигололедных реагентов. К недостаткам указанных КМ относятся сложность конструкции устройства для подачи и распределения сыпучих материалов, включающего бункер для сыпучих материалов, конвейер, лоток, разбрасывающий диск, привод конвейера и диска; разбрызгивание жидких реагентов под низким давлением, вследствие чего поверхность СЛО только смачивается, поэтому для проникновения вглубь слоя льда требуется длительное время - отсюда, низкая эффективность процесса. Для механического удаления снежно-ледяного образования (СЛО) применяются машины с рабочими органами, позволяющими скалывать уплотненный снег и лед, со структурой нарушенной химическими материалами. Рабочие органы таких машин могут быть пассивного типа, которые выполнены, например, в виде гребенчатых ножей, срезающих снежный слой при движении машины вперед, а также специальные рабочие органы активного типа с инструментом, который имеет самостоятельный привод и перемещается во время работы машины относительно самой базовой машины (см. Ремонт и содержание автомобильных дорог: справочник и инженера дорожника / А.П. Васильев, В.И. Баловне, М.Б. Корсунский и др.; под редакцией А.П. Васильева. - М.: Транспорт, 1989, 287 с. С. 209-212). Общим недостатком механических устройств для удаления СЛО является сложность конструкции, которая влечет за собой высокую энергоемкость очистки. Также возможно повреждение поверхности дороги твердыми металлическими рабочими органами. Представляется целесообразным применение рабочих органов, вносящих механические частицы и жидкие реагенты в зону непосредственного контакта с дорожным покрытием путем одновременного их проникновения сквозь толщу СЛО за счет создания кинетической энергии струи песчано-жидкостной смеси (ПЖС). В технике известно применение высоконапорной струи ПЖС для выполнения различных технологических процессов. Данная технология получила название гидроабразивной обработки (ГАО), применяемой для резки каменных, полимерных и других материалов, очистки поверхности металлических отливок. В комплекс для ГАО входят: насос, режущая головка, разводка высокого давления, система подачи абразива, рама для крепления оборудования. Используются две системы подачи абразива: вакуумная, работающая по принципу пульверизатора, и та, что работает под давлением. Абразив засыпается в бункер, находящийся рядом с рабочим столом, и подается к рабочей головке по гибким шлангам (см. Латыпов Р.Р., Терегулов Н.Г., Харлов А.И. Некоторые сведения о гидрорезании материалов. Труды Уфимского ГАСУ, 1999; Технология водоструйной (гидро-) и гидроабразивной резки и раскроя материалов, http://akron-s.ru/articles/tehnologiya_vodostruinoj_gidro_i_gidroabrazivnoj_rezki_i_raskrova_materialov/). Для создания кинетической энергии струи песчано-жидкостной смеси (ПЖС) можно использовать специальные головки, схожие по конструкции с гидроабразивным инструментом для резки горных пород, состоящим из корпуса, к которому подведены трубопроводы подачи воды и абразива (песка в рассматриваемом случае). Внутри корпуса выполнена полость - камера смешивания, ограничиваемая снизу съемной частью корпуса с конфузором и коллиматором. В камере смешивания происходит контакт частиц абразива с высокоскоростной струей воды. В результате частицы абразива приобретают большую осевую скорость. Далее гидроабразивная струя проходит через конфузор и коллиматор, где осуществляется второй, более интенсивный этап внедрения абразивных частиц в струю воды. В конфузоре увеличивается плотность распределения абразивных частиц по его поперечному сечению и соответственно увеличивается количество частиц, непосредственно контактирующих с поверхностью струи, что способствует интенсификации процесса проникновения абразивных частиц в «тело» струи. В коллиматоре завершается процесс внедрения частиц в струю воды и осуществляется их ускорение до конечной скорости, с которой гидроабразивная струя воздействует по обрабатываемой горной породе (см. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроабразивное резание горных пород. - М.; Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 279 с. С. 79-80). Из патентной литературы известны механические устройства для очистки поверхности дорог льда и снега (см. пат. РФ №2135671, №2135670, №2140480, №2129633, №2100524, №2133312, №2134323, №2136811, №2143018, №2176699). Общим недостатком данных механических устройств является сложность конструкции, приводящая к высокой энергоемкости очистки. Также возможно повреждение поверхности дороги твердыми металлическими рабочими органами.
Известно устройство для удаления льда и наледи с различных поверхностей, способ действия которого основан на применении СВЧ-излучения с использованием передвижной установки, включающей узлы подвески с энергоблоком и электрическими связями. На передвижной установке установлен навесной излучатель, подключенный к энергоблоку питания СВЧ. Излучатель приближают к обрабатываемой поверхности и включают генератор СВЧ-излучения. Далее воздействуют СВЧ-излучением на зону сцепления ледяной корки и очищаемой поверхности. Разогрев направленным СВЧ-излучением способствует ослаблению молекулярной связи между льдом и обрабатываемой поверхностью. Теплый воздух от охлаждающей системы СВЧ-клистрона подают в зону воздействия СВЧ-излучения на поверхность. Ослабленную корку разрушают с помощью механического воздействия или переводят лед в жидкую фазу и отсасывают жидкость с помощью насоса (см. пат. РФ №2408760, Е01Н 5/10).
Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки дорожного покрытия при значительной толщине СЛО. Кроме того, устройство обладает высокой энергоемкостью процесса очистки, обусловленной сложностью конструкции.
Известны устройства для нанесения жидкого реагента на поверхность дорог, установленные на транспортных средствах и содержащие емкости для жидкого реагента, систему трубопроводов, насосы и устройства для разбрызгивания, выполненные в виде дисков или системы сопел (см. пат. РФ №81735, №83074, №2398929, №2734623).
Общий недостаток данных устройств - разбрызгивание жидких реагентов производится под низким давлением, вследствие чего поверхность СЛО только смачивается, поэтому для проникновения вглубь слоя льда требуется длительное время, отсюда низкая эффективность процесса очистки.
Известен способ обработки дорог, заключающийся в том, что на ледяную поверхность дороги наносят твердые частицы в смеси с водой, для чего на шасси автомобиля устанавливают бак с теплоизолированными стенками и мешалкой в нем, заполняют бак водой и песком, размешивают воду с песком до состояния суспензии и наносят ее на дорожную поверхность. Вода может содержать и противозамерзающие химические реагенты. Достоинство метода - упрощение конструкции устройства для подачи сыпучих материалов (см. пат. РФ №2123082, Е01С 19/21, Е01С 11/24, Е01Н 10/00).
Недостаток известного способа - нанесение суспензии производится под низким давлением, не обеспечивающим нарушения целостности СЛО, в результате чего снижается эффективность обработки поверхности дороги.
Наиболее близким аналогом по конструкции к заявляемому устройству является комбинированная машина (КМ) для распределения жидких и сыпучих противогололедных материалов, состоящая из воронкообразного бункера сыпучего материала, механизма его подачи и разбрасывающего устройства, емкости для жидких реагентов, насосной станции, распределителя и навесного соплового разбрызгивателя (например, машина Stratos В60-36-VALNCS, см. Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог: Учебное пособие для вузов по дисциплине «Дорожные машины» / В.И. Баловнев, М.А. Беляев и др.; Под общ. Ред. В.И. Баловнева. - Москва-Омск: ОАО «Омский дом печати», 2005. - С. 342-346).
Недостаток данного технического решения является невысокая эффективность процесса очистки дорожного покрытия, обусловленная разбрызгиванием жидких реагентов под низким давлением, вследствие чего поверхность СЛО только смачивается, поэтому для проникновения вглубь слоя льда требуется длительное время. Кроме того, устройство содержит множество конструктивных элементов, что обуславливает сложность его конструкции.
Техническая проблема известных технических решений, заключается в невысокой эффективности процесса очистки дорожного покрытия от снежно-ледяных образований, обусловленной разбрызгиванием жидких реагентов под низким давлением, что не позволяет реагентам проникнуть вглубь слоя льда за короткое время.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что машина для очистки дорог от снежно-ледяных образований содержит базовую машину с рамой, на которой установлена гидравлическая станция, бак и трубопроводы для жидких реагентов, коллектор и разбрызгивающие устройства, закрепленные на раме машины, бак с коническим днищем для сыпучего материала, механизм его подачи и разбрасывающее устройство. Гидравлическая станция включает насос для подачи жидких реагентов и гидромоторы для привода устройства подачи сыпучего материала. Разбрызгивающие устройства жидкого реагента и разбрасывающие устройства сыпучего материала выполнены в виде гидроабразивных струйных головок. Механизм подачи сыпучего материла содержит лопастной питатель, трубопровод, коллектор и связан со струйными головками посредством гибких трубопроводов. Бак для сыпучих материалов снабжен вибратором и установлен на раме машины посредством виброзащитных опор.
Технический результат, обусловленный заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности очистки поверхности дорог от снежно-ледяных образований за счет создания кинетической энергии струи песчано-жидкостной смеси (ПЖС), обеспечивающей разрушение слоя СЛО за счет гидродинамического давления и проникновения ПЖС до твердой поверхности дороги с последующим отрывом кусков СЛО от поверхности дороги. Кроме того, заявляемая конструкция позволяет упростить устройство для подачи и распределения сыпучих материалов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображен общий вид заявляемой машины, вид сбоку;
- на фиг. 2 - вид сзади.
Машина для очистки дорог от снежно-ледяных образований содержит базовую машину 1 с рамой 2, на которой установлена гидравлическая станция 3, бак для жидких реагентов 4, бак для сыпучего материала 5 с коническим днищем, лопастным питателем 6 и вибратором 7. Нагнетательная линия насоса для жидких реагентов насосной станции 3 связана с напорным трубопроводом 8, на конце которого установлен распределительный коллектор 14 жидких реагентов, связанный трубопроводами со входными линиями струйных головок 11, установленных посредством кронштейна 10 на раме 2. Выходной сектор лопастного питателя 6 связан с напорным трубопроводом 9 сыпучего материала, на конце которого установлена коллектор 12, связанный гибкими трубопроводами 13 со входными линиями для сыпучего материала головок 11, в которых происходит смешивание жидких реагентов с сыпучим материалом. Струйная головка 11 имеет конструкцию аналогичную гидроабразивному инструменту для резки в горных породах. Количество струйных головок 11 определяется по условию получения сплошной полосы разрушенного слоя СЛО (см. фиг. 2). Гидравлическая станция 3 выполнена с возможностью работы как от раздаточной коробки базового шасси, так и от собственного двигателя (внутреннего сгорания, гидравлического) и содержит насос для привода гидромоторов насоса подачи жидкого реагента, питателя 6 и вибратора 7, распределители и систему управления. Снабжение механизма подачи сыпучего материла лопастным питателем, трубопроводом, коллектором и гибкими трубопроводами для связи со струйными головками значительно упрощает конструкцию машины, снижая металлоемкость. Снабжение бака для сыпучих материалов вибратором и установка на раме машины посредством виброзащитных опор исключает слеживание и смерзание сыпучего материала и облегчает подачу материала к питателю. Данное нововведение способствует также повышению эффективности работы устройства. Связь коллектора со струйными головками посредством гибких трубопроводов упрощает конструкцию и монтаж устройства. Исполнение разбрызгивающих устройств жидкого реагента и разбрасывающих устройств сыпучего материала совместно в виде гидроабразивных струйных головок обеспечивает создание высоконапорной гидроабразивной струи, способной разрушать слой СЛО за счет гидродинамического напора струи с проникновением до твердой поверхности дороги с последующим отрывом кусков СЛО от поверхности дороги. Данный процесс многократно ускоряет разрушение слоя СЛО, что повышает производительность и, следовательно, эффективность устройства.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Воздействие на слой снежно-ледяного образования 16 производится посредством гидроабразивных струй 15, формируемых в струйных головках 11. Причем напор струй должен обеспечивать разрушение слоя 16 за счет гидродинамического давления и проникновение жидкостно-абразивной смеси (ЖАС) сквозь слой 16 до твердой поверхности дороги 17 с последующим отрывом кусков СЛО от поверхности дороги. Процесс разрушения слоя СЛО включает начальную фазу, при которой происходит проникновение ЖАС сквозь слой СЛО до поверхности дороги. На этой фазе гидродинамическое давление струи должно превышать предел прочности СЛО на сжатие. Вторая фаза - проникновение ЖАС под давлением в пространство между слоем СЛО и поверхностью дороги с последующим отрывом кусков СЛО от поверхности дороги. Третья фаза - при движении машины производится разрезание уже ослабленного слоя СЛО и окончательное его разрушение. На этой фазе требуемое гидродинамическое давление струи в разы меньше, чем на первых двух. Следует отметить, что давление, развиваемое насосами комбинированных дорожных машин может достигать 10 МПа (см. Поливомоечные и поливальные машины: виды, популярные модели, модификации, https://mtz-80.ru/bez-rubriki/polivomoechnye-i-polivalnye-mashiny-vidy-populyarnye-model-modifikacii). Это значит, что и гидродинамическое давление струи ЖАС будет не меньше этой величины, что кратно превышает на только предел прочности на сжатие СЛО, но и чистого льда (см. Коновалов С.В. Обзор физико-механических свойств льда, https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-fiziko-mehanicheskih). Жидкость поступает в головки 11 от гидравлической станции 3 через напорный трубопровод 8 и коллектор жидких реагентов 14. Сыпучий материал поступает в головки 11 из бака 5 через питатель 6, напорный трубопровод 9, коллектор сыпучих материалов 12 и гибкие трубопроводы 13. В головках 11 происходит смешивание жидкого реагента и сыпучего материала и формирование высоконапорных струй 15. Вибратор 7 служит для исключения слеживания и смерзания сыпучего материала и облегчения подачи материала к питателю 6. Бак 5 установлен на раму 2 посредством виброзащитных опор. Скорость движения машины определяется исходя из прочностных характеристик и толщины слоя СЛО.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить эффективность очистки поверхности дорог от снежно-ледяных образований (СЛО) путем разрушения слоя СЛО высоконапорной гидроабразивной струей из смеси жидкого химического реагента с сыпучим материалом.