Универсальная уборочная машина
UNIVERSAL SWEEPING MACHINE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к универсальным уборочным машинам, и может быть использовано для очистки взлетно-посадочных полос, автомагистралей и любых искусственных и естественных покрытий от льда, снега, щебня, гравия и другого смета.
Известна машина для удаления льда и снега с дорожных покрытий, содержащая размещенные на шасси генератор газового потока, кожух, установленный над обрабатываемой поверхностью и образованный открытыми в нижней части цилиндрическими камерами, смежные кромки которых соединены между собой, а оси параллельны обрабатываемой поверхности, устройство для удаления воды, включающее в себя криволинейное всасывающее сопло, сопряженное с цилиндрической камерой, и емкость для воды (авторское свидетельство СССР №1776715, кл. Е01Н 5/10, 1992 г.). Недостатком известного технического решения является низкая эффективность и качество уборки неровных поверхностей, обусловленные наличием цилиндрических камер, контактирующих с поверхностью, что создает возможность выброса смета за пределы машины. При этом образовавшаяся в результате таяния льда или снега вода не увлекается в емкость, а выталкивается давлением струи генератора, частично оставаясь на обрабатываемой поверхности, что способствует образованию наведенного гололеда.
Известна уборочная машина, содержащая размещенные на шасси генератор газового потока, всасывающую вихревую камеру, образованную открытой в сторону очищаемой поверхности цилиндрической поверхностью внутреннего кожуха с фланцем, камеру сжатого воздуха, выполненную в виде внешнего кожуха, закрепленного на фланце с зазором относительно внутреннего кожуха и сообщенную с вихревой камерой при помощи каналов, выполненных в виде сопел, размещенных тангенциально на внутренней поверхности кожуха вихревой камеры таким образом, что воздушная струя из предыдущего сопла направлена на выход последующего сопла, кольцевой коллектор, выполненный в виде расположенных во фланце щелей, направленных под углом к очищаемой поверхности и сообщенных с камерой сжатого воздуха, и бункер для сбора смета и влаги, сообщенный с вихревой камерой (патент RU №118992, кл. Е01Н 5/10, 2012 г.). Недостатком известного технического решения является низкая производительность уборочной машины, обусловленная тем, что газ на очищаемую поверхность подается прямоточно под углом меньше 90° к последней, обеспечивает «отрыв» убираемого с поверхности материала, а площадь поверхности с которой происходит удаление загрязненного материала ограничена выходным сечением вихревой камеры.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является известная уборочная машина, содержащая размещенные в корпусе на шасси генератор газового потока, всасывающую вихревую камеру, выполненную в виде концентрично расположенных обечаек, бункер для сбора влаги и смета, полость которого сообщена каналом с вихревой камерой, расположенный между стенками корпуса и бункера канал с торцевой щелью, направленной на обрабатываемую поверхность и предназначенной для подачи воды, кольцевой газовый коллектор, установленный вокруг корпуса и охватывающий бункер, и средство подачи газового потока, направленное под днище на обрабатываемую поверхность под углом к ней и в направлении ее центра (патент RU №2097482, кл. Е01Н 5/10, 1997 г.). В известном техническом решении газ подается прямоточно в направлении радиального центра окружности, ограниченной проекцией выходного сечения вихревой камеры на обрабатываемую поверхность, с возможностью выхода всасывающего потока вверх через сечение вихревой камеры. При этом весовой заряд газа из кольцевого коллектора избыточен для осуществления турбулизации всего потока, а вихревая камера может эжектировать в свой поток меньшую часть расхода газа из кольцевого коллектора. Чтобы сравнять приход газа с его выходом через вихревую камеру, необходимо максимально увеличить ее диаметр. Это приводит к потере скорости всасывающего потока и к уменьшению объема бункера. Таким образом, недостатком известного технического решения являются низкие качество и производительность уборки.
В основу предлагаемого технического решения положена задача увеличения производительности и повышения качества уборки.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в создании вихревого потока непосредственно в зоне очищаемой поверхности и дополнительного всасывающего вихревого потока.
Заявленный технический результат достигается тем, что универсальная уборочная машина содержит размещенные в корпусе на шасси генератор газового потока, всасывающую вихревую камеру, выполненную в виде концентрично расположенных обечаек, бункер для сбора влаги и смета, полость которого сообщена каналом с вихревой камерой, расположенный между стенками корпуса канал с торцевой щелью, направленной на обрабатываемую поверхность и предназначенной для подачи воды, кольцевой газовый коллектор, установленный вокруг корпуса и охватывающий бункер, и средство подачи газового потока, направленное под днище бункера на обрабатываемую поверхность под углом к ней и в направлении ее центра. Согласно изобретению внутренняя обечайка вихревой камеры выполнена в виде усеченного конуса, основание которого направлено в сторону обрабатываемой поверхности. Газовый коллектор разделен сеткой на верхнюю и нижнюю полости, а средство подачи газового потока на обрабатываемую поверхность выполнено в виде установленных в нижней полости коллектора радиально расположенных сопел. Оси последних смещены относительно центра обрабатываемой поверхности на 12°-14°, а между стенками корпуса и кольцевого коллектора выполнен дополнительный кольцевой канал с торцевой щелью, направленной в сторону обрабатываемой поверхности и перпендикулярно последней. Машина снабжена инфракрасными излучателями, размещенными в дополнительном кольцевом канале, передним и задним съемными щитками, охватывающими газовый коллектор и установленными параллельно обрабатываемой поверхности с возможностью перемещения в направлении последней, и конусообразным отражателем вихревого потока, установленным между вихревой камерой и бункером, причем основание отражателя направлено в сторону вихревой камеры.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, так как:
- выполнение внутренней обечайки вихревой камеры в виде усеченного конуса, основание которого направлено в сторону обрабатываемой поверхности, повышает качества уборки за счет повышения скорости всасывающего потока в вихревой камере;
- разделение газового коллектора сеткой на верхнюю и нижнюю полости, выполнение средства подачи газового потока на обрабатываемую поверхность в виде установленных в нижней полости коллектора радиально расположенных сопел, оси которых смещены относительно центра обрабатываемой поверхности на 12°-14°, обеспечивает повышение производительности машины за счет формирования вихревого потока непосредственно над очищаемой поверхностью;
- выполнение между стенками корпуса и кольцевого коллектора дополнительного кольцевого канала с торцевой щелью, направленной в сторону обрабатываемой поверхности и перпендикулярно последней, и снабжение машины инфракрасными излучателями, размещенными в дополнительном кольцевом канале, обеспечивает  повышение производительности за счет расширения зоны очищаемой поверхности;
- снабжение машины передним и задним съемными щитками, охватывающими газовый коллектор и установленными параллельно обрабатываемой поверхности с возможностью перемещения в направлении последней, обеспечивает повышение качества уборки за счет эжектирования окружающего воздуха в зону очищаемой поверхности, что исключает выброс смета за пределы очищаемой поверхности и обеспечивает охлаждение последней в процессе уборки;
- снабжение машины конусообразным отражателем вихревого потока, установленным между вихревой камерой и бункером, и направление основания отражателя в сторону вихревой камеры обеспечивает уменьшение скорости вихревого потока и его разделение на фракции на входе в бункер.
Изобретение поясняется следующим описанием со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1 - фиг. 5, где:
на фиг. 1 изображена схема предлагаемой универсальной уборочной машины;
на фиг. 2 изображена схема установки элементов всасывающего устройства, вид сверху;
на фиг. 3 изображена схема установки сопел кольцевого коллектора, вид сверху;
на фиг. 4 изображена схема выполнения излучателя;
на фиг. 5 изображена схема установки излучателей.
Универсальная уборочная машина содержит самоходное шасси 1, на котором размещены корпус 2, генератор 3 газового потока, бункер 4 для сбора влаги и смета и всасывающую вихревую камеру 5. Последняя выполнена в виде концентрично расположенных внутренней и внешней обечаек 6 и 7, образующих между собой замкнутую полость 8 ресивера, сообщенную с генератором 3. При этом внутренняя обечайка 6 представляет собой усеченный конус, основание которого направлено в сторону обрабатываемой поверхности. Между бункером 4 и вихревой камерой 5, на выходе из последней, установлен отражатель, выполненный в виде опрокинутой чаши 9, образующей с вихревой камерой 5 кольцевую щель 10, при помощи которой полость вихревой камеры 5 сообщена с полостью бункера 4. В стенке внутренней обечайки 6 расположены сопла 11, предназначенные для формирования всасывающего вертикально направленного вихревого потока в полости вихревой камеры 5. Сопла 11 установлены тангенциально таким образом, что воздушная струя из предыдущего сопла направлена на выход сопла. Между стенками корпуса 2 и бункера 4 расположен водосборный канал 12 с торцевой щелью 13, направленной на обрабатываемую поверхность предназначенной для подачи воды, причем канал 12 при помощи желоба 14 соединен с выходом вихревой камеры 5. Вокруг корпуса 2 установлен охватывающий бункер 4 кольцевой газовый коллектор 15, внутренняя полость которого разделена сеткой 16 на верхнюю и нижнюю части. Средство подачи газа на обрабатываемую поверхность выполнено в виде установленных в нижней части коллектора 15 радиально расположенных сопел 17, направленных под днище 18 корпуса 2 под углом 30° к обрабатываемой поверхности. При этом оси сопел 17 смещены относительно центра обрабатываемой поверхности на угол 12°-14°. Между стенками корпуса 2 и кольцевого коллектора 15 выполнен дополнительный кольцевой канал 19 с торцевой щелью, направленной в сторону обрабатываемой поверхности и перпендикулярно последней. В канале 19 размещены инфракрасные излучатели, каждый из которых представляет собой кожух 20 с закрепленными в нем отражателем 21 с параболической внутренней поверхностью, трубчатым излучателем 22 и горелкой 23. Для обеспечения равномерной теплоотдачи от излучателей 22 последние располагают таким образом, чтобы конец предыдущего излучателя 22 перекрывал начало последующего. На шасси 1 установлены передний и задний съемные щитки 24, параллельные обрабатываемой поверхности, которые имеют возможность перемещения в направлении последней. Корпус 2 содержит кольцевой проем 25 для последующего выхода смета в бункер 4 и отработанного воздуха через окно 26. Для повторного использования отработанного теплого воздуха и гашения скорости выходящего потока в корпусе 2 между проемом 25 и окном 26 выполнено расширение 27. Генератор 3 газового потока при помощи реактивного сопла 28 сообщается с кольцевым газовым коллектором 15. При использовании для получения инфракрасного излучения жидкого топлива на внешней стороне корпуса 2 размещается малый коллектор 29, предназначенный для предварительного подогрева топлива.
Универсальная уборочная машина работает следующим образом. Машину накатывают на обрабатываемую поверхность и включают излучатели 22 инфракрасного излучения и генератор 3 газового потока. Струя газового потока, например, от газотурбинного двигателя, через реактивное сопло 28 поступает в верхнюю и нижнюю части кольцевого газового коллектора 15. В случае несимметричной подачи газа при применении одного генератора сетка 16 обеспечивает равномерность распределения давления газового потока на контактирующей с последним поверхности по всему периметру коллектора 15. Газовый поток через сопла 17 поступает под днище 18 корпуса 2 под углом 30° к очищаемой поверхности 27. При этом в соответствии с положением сопел 17 струи газового потока одновременно отклонены на 12°-14° от радиального центра очищаемой поверхности 30. В результате происходит образование основного вихревого потока, который перемещается по спирали в направлении центра проекции выходного сечения вихревой камеры 5 с образованием центральной зоны вихря за счет пересечения струй газового потока между собой. Экспериментальные исследования показывают, что указанные угловые параметры обеспечивают максимальную производительность всасывающего потока. При смещении оси сопел 17 на угол меньше 12° соответственно уменьшается площадь центральной зоны вихря, что приводит к снижению эффективности его действия, а при смещении оси сопел 17 на угол больше 14° происходит вынос смета за пределы очищаемой поверхности 30, что ухудшает качество уборки.
Сжатый воздух проходит из полости 8 ресивера через сопла 11 внутренней обечайки 6 и образует внутри камеры 5 вихревой поток, создающий в камере 5 разрежение и подъемную силу, которая способствует перемещению образовавшейся воды и твердых предметов смета (песок, щебень и т.п.) вверх по направлению к бункеру 4. При этом увеличивается площадь очищаемой поверхности 30, поскольку она определяется пересечением потока инфракрасного излучения от излучателей 21 и вихревым потоком, создаваемым соплами 17 кольцевого коллектора 15. Основной вихревой поток газа от сопел 17 при взаимодействии с потоком газа вихревой камеры 5 дополнительно закручивает всасывающий поток последней, а выполнение внутренней обечайки 6 вихревой камеры 5 в виде усеченного конуса повышает скорость всасывающего потока и снижает давление в вихревой камере 5. Это обеспечивает повышение эффективности всасывания и качество подбора удаляемого смета, в том числе позволяет удалять смет с искусственных покрытий, имеющих выбоины, и с грунтовых покрытий, имеющих неровности, что повышает производительность процесса уборки. Вода и твердые включения с очищаемой поверхности 30 перемещаются вихревым потоком вверх к выходу из камеры 5, проходят через кольцевой проем 25 и далее направляются чашей 9 отражателя в полость бункера 4. При этом часть воды центробежной силой вихря через желоб 14 заносится в канал 12 и поступает через торцевую щель на очищаемую поверхность 30. Наличие воды в зоне сопел 17 кольцевого коллектора 15 позволяет с одной стороны повысить теплоемкость газового потока, а с другой стороны обеспечивает охлаждение последнего до приемлемой для искусственного покрытия температуры. Отсутствие поступления воды характеризует сухое состояние очищаемой поверхности 30 и определяется по показаниям датчиков влажности (не показаны), а отработанный воздух через проем 25 и окно 26 удаляется в атмосферу. При перемещении машины передний и задний щитки 24 обеспечивают эжектирование наружного воздуха в зону очищаемой поверхности 30, приток которого препятствует выносу смета за пределы последней и одновременно обеспечивает ее охлаждение. В зависимости от толщины льда и/или снега попеременно включают излучатели 22 со стороны переднего или заднего щитков 24, или по всему периметру машины. При этом используется реверсивный ход машины, т.е. ее не требуется разворачивать, что также повышает производительность процесса уборки. Жидкость из бункера 4 сливается до отключения генератора 3 газового потока с целью недопущения ее замерзания при отрицательных температурах наружного воздуха.
Таким образом, применение инфракрасных излучателей, выполнение средства подачи газового потока в виде радиально расположенных сопел, оси которых смещены на заданный угол относительно центра обрабатываемой поверхности, и внутренней обечайки вихревой камеры в виде усеченного конуса позволяет эффективно использовать уборочную машину для обработки искусственных и естественных покрытий, обеспечив при этом повышение производительности и качества уборки поверхности.