МАШИНА ДЛЯ ОЧИСТКИ АЭРОДРОМНЫХ И ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ОТ ЛЬДА

Полезная модель относится к дорожной технике и может применяться для очистки от льда взлетной полосы аэродрома и дорог.
Известна машина по патенту РФ на изобретение №2486307, МПК Е01Н 5/10, опубл. 27.06.2013 г. Очистку льда и снежно-ледянных отложений на поверхности покрытия производят путем предварительного воздействия на них вальцом виброкатка в течение 1…2 с и дальнейшей механической очисткой отвалом автогрейдера или бульдозера или рабочим органом льдоскалывателя. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при очистке дорожного покрытия.
Недостаток разрушение покрытия.
2
Известна машина по патенту РФ на изобретение №2307889, МПК Е01Н 5/10, опубл. 10.10.2007 г. Она содержит мощный источник инфракрасного излучения в диапазоне оптической прозрачности льда 9,6-10,3 мкм, излучаемого когерентным генератором непрерывного излучения мощностью 240-270 кВт/см, нефокусируемый луч которого диаметром приблизительно 5-8 см, разворачиваемый в пространстве, прогревает поверхность аэродромного покрытия за короткий промежуток времени t равное 0,01 с и разрушает адгезионные связи ледяного образования, которые далее механическим способом убирают для предотвращения последующего намерзания. Достигается качественное отделение снежно-ледяных образований от покрытия, обеспечение безаварийной эксплуатации транспортных средств.
Недостаток большое потребление электроэнергии.
Известна машина для очистки льда по А. Св. СССР на изобретение №1481316 МПК Е01Н 5/10, опубл. 23.05.1989 г. Эта машина содержит двухконтурный турбовентиляторный двигатель с высокотемпературным соплом, размещенным соосно внутри низкотемпературного сопла. Потоки газов разной температуры направляются на решетку газоотклоняющих лопаток. Часть низкотемпературного потока направляется мимо зоны воздействия высокотемпературного потока на очищаемую поверхность. При этом создается прослойка в виде воздушного потока промежуточной температуры, отделяющая высокотемпературный поток газа от атмосферного воздуха.
Недостаток большое рассеивание тепла с воздушным потоком.
Известна машина по патенту РФ на изобретение №2205918, МПК Е015/10, опубл. 10.06.2003 г, прототип. Эта машина включает самоходное шасси с силовым каркасом, имеющим возможность вертикального перемещения, а так же сопловой насадок.
Излучатель выполнен из набора газовых горелок инфракрасного излучения. На самоходном шасси установлена емкость для хранения газа, испаритель, двигатель внутреннего сгорания, генератор холодного потока воздуха, под которым смонтирован кожух, на внешней стороне которого расположены газовые горелки инфракрасного излучения. Применение двигателя внутреннего сгорания, а также генератора холодного потока воздуха и кожуха, на внешней стороне которого расположены газовые горелки инфракрасного излучения, позволяет нагревать воздух до оптимальной температуры, способствующей быстрому отрыву льда и высушиванию без перегрева поверхности покрытия.
Признаки общие у прототипа и предложенного технического решения: ходовая часть, источники тепловой энергии и источник электроэнергии, соединенные электрическим кабелем с ними и привод перемещения
Недостаток, малая глубина прогрева аэродромных и дорожных покрытий и длительность процесса очистки.
Задачи создания полезной модели повышение скорости очистки аэродрома и дорожного покрытия от льда.
Достигнутый технический результат: повышение глубины прогрева покрытия, и улучшении экологических свойств машины.
Решение указанных задач достигнуто в машине для ремонта асфальтового покрытия, содержащая корпус, ходовую часть, источники тепловой энергии и источник электроэнергии, соединенный электрическим кабелем с ними и привод перемещения, отличающийся тем, что источники тепловой энергии выполнены в виде СВЧ-излучателей, например, магнетронов, установленных на нагревательной плите перед корпусом, ходовая часть машины выполнена в виде рамы и нескольких колесных пар, по меньшей мере, одна из которых выполнена ведущей, а одна управляющей, с возможностью поворота колес для управления направлением движения.. Нагревательная плита может быть выполнена с возможностью вертикального перемещения. Нагревательная плита может быть выполнена с возможностью поворота. Нагревательная плита по периметру может быть оборудована гибкими завесами. На нагревательной плите могут быть установлены горячие спаи термопар, а в задней части корпуса - «холодные» спаи термопар, соединенные между собой и через коммутатор электрическими проводами с аккумулятором. Источник электроэнергии может быть выполнен в виде дизель-генератора и соединенного с ним электрическим кабелем аккумулятора. Машина может быть оборудована приводом перемещения в виде, по меньшей мере одного электродвигателя, соединенный электрическим кабелем через коммутатор с дизель-генератором.
Электродвигатель может быть механически через редуктор и дифференциал соединен с одной из ведущих колесных пар. Машина может содержать, по меньшей мере, одну пару электродвигателей, механически соединенного с ведущей колесной парой.
Обоснование целесообразности применения СВЧ-нагрева асфальта.
Развитие мощных магнетронов и научные исследования воздействия микроволновой энергии на различные материалы открыли широкие перспективы для промышленного применения СВЧ-техники и технологии. Еще недавно микроволновый нагрев не слишком привлекал российских инвесторов. Однако стремительный рост энергозатрат, стоимости энергии, ужесточение требований к охране окружающей среды постепенно изменяют ситуацию.
Важную роль играют такие характеристики, как КПД процесса, возможность автоматизации и высокое качество продукта. Имеются перспективы внедрения СВЧ-нагрева и сушки в другие отрасли: фармацевтическую промышленность, обработку древесины и сельское хозяйство. Расширяется применение технологии быстрого нагрева в столовых, больницах, школах и т.п., массовое использование микроволновых печей в быту известно. Эффект микроволнового нагрева основан на поглощении электромагнитной энергии в диэлектриках. Поля СВЧ проникают на значительную глубину, которая зависит от свойств материалов. Взаимодействуя с веществом на атомном и молекулярном уровне, эти поля влияют на движение электронов, что приводит к преобразованию СВЧ-энергии в тепло. СВЧ-энергия - очень удобный источник тепла, обладающий в ряде применений несомненными преимуществами перед другими источниками. Он не вносит загрязнений при нагреве, при его использовании отсутствуют какие-либо продукты сгорания. Кроме того, легкость, с которой СВЧ-энергия преобразуется в тепло, позволяет получить очень высокие скорости нагрева, при этом в материале не возникает разрушающих термомеханических напряжений. Генераторное оборудование полностью электронное и работает практически безынерционно, благодаря чему уровень мощности СВЧ и момент ее подачи можно мгновенно изменять. Сочетание СВЧ-нагрева с другими методами нагрева (паром, горячим воздухом, ИК-излучением и др.) дает возможность конструировать оборудование для выполнения различных функций, т.е. СВЧ-нагрев позволяет создавать новые технологические процессы, увеличивать их производительность и повышать качество продукции. Для правильной оценки применимости СВЧ-энергии в специальных процессах требуется детальное знание свойств материала на различных частотах и на всех стадиях процесса. Поглощенная мощность и глубина, на которую эта мощность проникает, определяются тремя факторами: диэлектрической проницаемостью, частотой и геометрией СВЧ-системы. Под глубиной проникновения в СВЧ-энергетике понимают расстояние, на котором плотность мощности уменьшается до 37% от значения на поверхности, т.е. другими словами, 63% начальной энергии электромагнитной волны поглощается в материале и превращается в тепло.
Промышленные магнетроны
В качестве генераторов большой мощности используются магнетроны и клистроны. Благодаря более высокому КПД при мощности ниже 50 кВт доминируют магнетроны. Чаще всего применяются две частоты - 915 и 2450 МГц. Так как частота 915 МГц может использоваться не во всех случаях, то оптимальной в международной практике обычно считается частота 2450 МГц. Современных российских магнетронах, выпускаемых ЗАО "НПП "Магратеп", в сравнении с зарубежными приборами. Магнетрон М-116-100 используется в установках размораживания рыбы, разупрочнения горных пород и в других случаях, где требуется повышенная глубина проникновения в материал.
Единственный в мире магнетрон М-137 мощностью 50 кВт на частоте 433 МГц успешно использовался в экспериментальных установках для разупрочнения грунта в Якутии. Столь низкая рабочая частота обеспечивает требуемую глубину проникновения микроволн в промерзшие породы. Магнетрон М-168 мощностью 5 кВт широко применяется в установках для обрезинивания тросов, вулканизации резиновых деталей, полимеризации пластика.
Установки микроволновой обработки
Процессы нагрева СВЧ-энергией делят на две группы: непрерывные процессы и обработка партиями. При непрерывных процессах, например на конвейере, "сырой" материал непрерывно проходит через зону обработки, при этом нагрузка на выводе СВЧ-генератора практически не изменяется. При обработке партиями нагреваемый материал находится в зоне обработки до достижения требуемой температуры, поэтому с изменением температуры значительно меняются диэлектрическая проницаемость и коэффициент потерь. Это приводит к изменению нагрузки (причем в широких пределах.) В данном случае отдается предпочтение магнетронам.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…14, где:
на фиг. 1 приведен поперечный разрез машины,
на фиг. 2 приведен вид в плане,
на фиг. 3 приведен вид приподнятой поворотом нагревательной плиты,
на фиг. 4 приведен рулевой механизм,
на фиг. 5 приведен каток и его крепление к корпусу,
на фиг. 6 приведена электрическая схема устройства,
на фиг. 7 приведен вариант электрической схемы с возвратом части энергии,
на фиг. 8 показан магнетрон М116-100,
на фиг. 9 показан магнетрон М 137,
на фиг. 10 показана схема установки магнетронов на плиту нагрева,
на фиг. 11 - конструкция волновода,
на фиг. 12 представлена конструкция волновода с втулкой,
на фиг. 13 приведена схема управления температурой в зоне нагрева асфальта,
на фиг. 14 приведена схема управления зазором между нагревательной плитой и покрытием.
Конструкция машины для очистки покрытия от льда приведена на фиг. 1…14 и содержит корпус 1, ходовую часть 2, источники тепловой энергии в виде СВЧ излучателей 3, например магнетронов или клистронов, установленные на нагревательной плите 4 и источник электроэнергии 5, соединенный электрическим кабелем 6 через коммутатор 7 и трансформатор 8 с ним. Возможно применение и других генераторов СВЧ излучения: ламп бегущей волны (ЛБВ), плоских вакуумных триодов и генераторов на диоде Ганна.
Нагревательная плита 4 выполнена металлической прямоугольной формы. Металл нагревательной плиты: сталь или чугун или алюминиевые сплавы. СВЧ излучатели 3 размещены на верхней поверхности нагревательной плиты 4 равномерно, например рядами или в шахматном порядке. Нагревательная плита может быть оборудована в нижней части по периметру гибкими экранами 9 (огнеупорная ткань или щеточной уплотнение) для предотвращения потерь тепла.
Нагревательная плита 4 установлена и закреплена в передней части корпуса 1 в горизонтальном положении. Нагревательная плита 4 может перемещаться вертикально, для ее установки максимально близко к асфальтовому полотну и поворачиваться относительно оси 10 для транспортировки.
Ходовая часть 2 может иметь нескольких мостов, но не менее двух, по меньшей мере, один из которых, например, задний мост выполнен ведущим 11, а другой управляющим 12 с возможностью поворота колес 13 для управления направлением движения машины при работе и транспортировке к месту работы (фиг. 1).
Источник электроэнергии 5 (фиг. 2, 3) может быть выполнен в виде дизель-генератора 14 и аккумулятора 15. Дизель-генератор 14 содержит дизель 16 и генератор 17, соединенные валом 18. В систему электропитания входит главный коммутатор 19 для перекоммутации с генератора 17 на аккумулятор 15 и включения конкретных потребителей энергии. Выход из генератора 17 электрическим кабелем 6 соединен с входом в главный коммутатор 19. К выходам из главного коммутатора 19 присоединены все потребители энергии, в том числе источники СВЧ - излучения 3 (магнетроны или клистроны) и привод движения 20, если он выполнен электрическим, например, в виде электродвигателя. Возможно применение в качестве привода движения 20 двигателей внутреннего сгорания.
Схема подъема нагревательной плиты 4 для перегона машины к месту работы приведена на фиг. 4.
Управляющий мост 12 имеет рулевую систему 21 (фиг. 5), которая кроме колес 13 содержит рулевую тягу 22, шарниры 23, рычаг 24, закрепленный на оси 25, жестко связанной с корпусом 1 и рулевой гидроцилиндр 26 с поршнем 27 и штоком 28, соединенный трубопроводами 29 и 30 с гидрораспределителем 31. Кроме того в состав системы входит гидронасос 32, вход которого трубопроводом 33 соединен с маслобаком 34, а выход - трубопроводом 35 - с гидронасосом 31. Рулевая система 21 имеет контроллер поворота 36 и датчик поворота 37, установленный на рулевой колонке 38, на которой установлено рулевое колесо 39. Датчик поворота 37 электрической связью 40 соединен с входом в контроллер поворота 36, а выход из контроллера поворота 36 соединен электрической связью 40 - с гидрораспределителем 31.
Машина оборудована приводом движения 20. Привод движения 20, как упоминалось ранее, может быть выполнен в виде электродвигателя, соединенного электрическим кабелем 6 с генератором 16 и механически соединенного валом 41 через редуктор 42 (коробку скоростей) и дифференциал 43 с одним из ведущих мостов 11.
На корпусе 1 установлена кабина 44. (фиг. 1) для размещения водителя во время работы и перегона машины. Если в качестве машины использован серийно выпускаемый переоборудованный грузовой автомобиль, то кабина 44 и практически все системы управления и движения остаются без изменений.
Упрощенная электрическая схема машины очистки покрытия приведена на фиг. 6.
Возможен вариант электрической схемы машины с утилизацией тепла (фиг. 7). В этом случае электрическая схема энергопитания дополнительно содержит «горячие» 45 и «холодные» спаи 46, соединенные проводами 47 через преобразователь 48 (предназначенного для согласования напряжений термоэлектронного генератора и аккумулятора 15) с главным коммутатором 19 для подзарядки аккумулятора 15.
На фиг. 8 и 9 приведены соответственно магнетроны М115-100 и М 137.
На фиг. 10…12 приведены схемы установки СВЧ излучателей 3 на плите 4. Для этого в плите 4 выполнены сквозные отверстия 49, в которые вставлены генераторы СВЧ 3. К нижней части нагревательной плиты 4 прикреплены конические волноводы 50, имеющие фланцы 51 со сквозными отверстиями 52 для болтов 53 (фиг. 10…12). Возможно исполнение волновода с втулкой 54, приваренной к нагревательной плите 4 (фиг. 12). В этом случае нагревательная плита 4 может быть выполнена значительно тоньше (в виде листа). Это уменьшит вес машины.
В электрической схема машины могут быть предусмотрены датчики контроля температуры под нагревательной плитой и датчики измерения расстояния между нагревательной плитой и асфальтовым покрытием. На фиг. 13 приведена схема контроля и автоматического управления температурой в зоне нагрева асфальта. Эта система содержит по меньшей мере, один датчик температуры 55, соединенный электрической связью 56 с коммутатором 8.
На фиг. 14 приведена схема контроля зазора h между нагревательной плитой 4 и покрытием 60. Эта схема содержит датчик контроля зазора 57 соединенный электрической связью 56 с блоком управления 58, который электрической связью 56 соединен с приводом перемещения 59.
Машина предназначена для очистки поверхности 60 от льда и снега.(фиг. 14)
Машина работает следующим образом.
Машина (фиг. 1…14) устанавливается на очищаемое покрытие и включают дизель-генератор 18. С генератора 16 через трансформатор 7 и коммутатор 8 по электрическому кабелю 6 напряжение подается на СВЧ-излучатели 3. Излучение прогревает асфальтовое покрытие 42 на глубину 10-20 см и расплавляет лед и снег. Одновременно напряжение по электрическому кабелю 6 подается на привод движения 20, который через вал 41, редуктор 42 и дифференциал 43 передает момент на ведущий мост 11.
В случае применения схемы с утилизацией части тепла (фиг. 7) термопары «горячих» спаев 45 размещают на нагревательной плите 4, а термопары «холодных» спаев 46 - в задней части корпуса 3. Образовавшаяся ЭДС создает дополнительный ток, который по электрическим проводам 47 поступает сначала в преобразователь 48, а потом через главный коммутатор 19 в аккумулятор 15 для его подзарядки или непосредственно через коммутатор 7 и трансформатор 8 к СВЧ- излучателям 3. Это существенно повышает КПД машины.
Ориентировочные характеристики машины:
Грузоподъемность
7…7 т
Мощность дизель-генератора
100…150 КВт
Напряжение
220 или 380 В
Частота тока
50 Гц
Мощность одного магнетрона
5 Квт
Число магнетронов
20…30
Скорость очистки покрытия
5…7 км/час.
Применение полезной модели позволило:
- спроектировать и быстро изготовить машину для очистки аэродрома и дорожного покрытия на базе любого серийно-выпускаемого грузового автомобиля,
- увеличить скорость очистки от льда бетонного и асфальтового покрытия до 5…7 км/час и более,
- обеспечить прогрев покрытия на значительную глубину, тем самым реже проводить его очистку,
- уменьшить затраты энергии и топлива на подогрев покрытия,
- обеспечить экологичность процесса очистки от льда покрытия, исключив влияние ремонта на окружающую среду вследствие отсутствия открытого огня и исключения горения компонентов покрытия, например, асфальта,
- уменьшить вес машины,
- обеспечить безопасность труда и комфортность работы дорожных рабочих.