МАЛОГАБАРИТНЫЙ ШАГАЮЩИЙ БОЛОТОХОД ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАМАЗУЧЕННЫХ БОЛОТНЫХ ПОЧВ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к транспортным средствам высокой проходимости и может быть использована в малогабаритных шагающих болотоходных движителях, предназначенных для рекультивации сильнообводненных болотных почв и заболоченных грунтов в торфяной промышленности, мелиорации, сельском и лесном хозяйствах и, в частности, в нефтегазовой промышленности для устранения нефтяных загрязнений на топких труднопроходимых болотах путем сплошного фрезерования верхнего замазученного слоя болотной почвы и его перемешивания с чистыми нижними слоями грунта после предварительного разбрасывания на почву биодиструктора или других биологически активных компонентов.
Уровень техники.
В настоящее время не решены задача повышения проходимости и остойчивости малогабаритных шагающих болотоходных машин, предназначенных для рекультивации сильнообводненных и труднопроходимых болотных почв, а также не решены задачи повышения производительности и качества рекультивационных работ на их агротехническом этапе в указанных выше условиях.
Известно шагающее транспортное средство, содержащее корпус, установленный на трех параллельно установленных шагающих понтонах, центральном и сдвоенных боковых, носовые части которых в режиме переноса понтонов расположены выше над поверхностью грунта, чем их хвостовые части (А.С. №1044542, В 62 D 57/02, Е 02 F 9/04, Б.И. №36, 1983 г).
Недостатки шагающего транспортного средства состоят в его невысокой плавучести и поперечной остойчивости при передвижении по топким болотам из-за недостаточного объема понтонов и расстояния между боковыми понтонами. При увеличении габарита шагающего транспортного средства по ширине для увеличения поперечной остойчивости возрастает масса машины. В тоже время, для перевозки негабаритного транспортного средства по автомобильным дорогам требуется разборка его боковых понтонов или получение специального разрешения в органах ГИБДД для перевозки негабаритного груза, что приводит к значительным затратам времени и средств.
7
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является высокопроходимая универсальная машина с шагающим движителем (патент на полезную модель №30701, МПК В 62 D 57/02, Б.И. №19, 2003 г.), содержащая корпус, подвижно связанный с помощью катков и направляющих с параллельно установленными центральным и двумя боковыми понтонами, имеющими высоту «Н» и соединенными с приводом поочередного их перемещения, причем на корпусе смонтировано рабочее оборудование поворотного одноковшового экскаватора, а на каждом боковом понтоне к его внешней боковой стороне прикреплен съемный понтон-уширитель, подошва
которого приподнята относительно подошвы бокового понтона на величину 0,15•Н, при этом понтон-уширитель в плане выполнен в виде трапеции, нижнее основание которой прилегает к боковому понтону, а ее боковая сторона, находящаяся в задней части машины, ограничена наименьшим радиусом поворота режущей кромки ковша рабочего оборудования, установленного в интервале высоты понтона-уширителя. Кроме того, каждый понтон-уширитель со стороны прилегания его к боковому понтону соединен с ним шарнирами для углового перемещения понтона-уширителя в вертикальной плоскости в верхнее фиксированное транспортное положение, в котором габарит по ширине машины между внешними стенками понтонов-уширителей равен или меньше габарита между внешними стенками боковых понтонов.
Недостатки рассматриваемой машины применительно к ее использованию для рекультивации грунта на топких болотах следующие:
1. Низкая производительность рекультивационных работ, выполняемых методом рытья на поверхности грунта множества мелких канавок, чередующихся с бугорками, из-за циклического характера работы экскаватора с ковшовым рабочим органом.
2. Низкое качество рекультивационных работ из-за недостаточного перемешивания ковшом экскаватора загрязненного нефтью грунта с чистым грунтом, недостаточного при этом обогащения перемешенного грунта кислородом и, в связи с этим, замедленного процесса распада углеводородов нефти (деградации нефти) указанным методом. Кроме того, при использовании экскаватора
имеет место частичное захоронение замазученного горизонта, которое препятствует аэрации и микробиологическому окислению нефти в заваленных слоях.
3. Низкая проходимость, обусловленная наличием относительно тяжелого экскаваторного рабочего органа, который нагружает своим весом хвостовую часть центрального и боковых понтонов универсальной машины и не создает дополнительной силы тяги.
4. Низкая проходимость из-за отсутствия переднего и заднего скосов на подошвах понтонов-уширителей, в результате чего при их большой осадке на сильнодеформируемом грунте возникает «бульдозерный эффект», то есть понтоны-уширители не подминают под себя грунт, а сдвигают его и волокут перед собой, создавая большое лобовое сопротивление своему передвижению. С другой стороны, при наличии нерационально выбранных больших углов скоса подошв понтонов-уширителей, превышающих угол внутреннего трения грунта, также имеет место «бульдозерный эффект», снижающий проходимость.
5. Низкие плавучесть и боковая остойчивость, обусловленные ограничением объема и водоизмещения каждого понтона-уширителя с его задней боковой стороны, находящейся в задней части машины, наименьшим радиусом поворота рабочего оборудования, а также обусловленные ограничением объема и водоизмещения каждого понтона-уширителя по высоте плоскостью палубы боковых понтонов.
Раскрытие полезной модели.
В основу полезной модели положены задачи:
- повышение производительности и качества рекультивационных работ на замазученных болотных почвах;
- повышение проходимости и боковой остойчивости малогабаритного шагающего болотохода от поперечного опрокидывания на топких болотах.
1
1
2
Поставленная цель достигается тем, что у малогабаритного шагающего болотохода для рекультивации нефтезамазученных болотных почв, содержащего корпус с установленными на нем передними и задними катками, подвижно связанный с помощью передних замкнутых направляющих овало-образной формы и задних прямолинейных направляющих с параллельно установленными центральным и двумя боковыми понтонами, соединенными приводом поочередного их перемещения; а также съемные понтоны-уширители, прикрепленные к внешней стороне каждого бокового понтона; в задней части на корпусе шарнирно навешено рабочее оборудование в виде фрезы-рекультиватора болотных почв с приводом для попутного фрезерования (сверху вниз), каждый понтон-уширитель на виде в плане выполнен в виде прямоугольника со скошенной передней стороной по направлению к боковому понтону и прикреплен к нему с возможностью дискретного изменения своей высоты, причем подошва каждого понтона-уширителя установлена параллельно подошве бокового понтона и приподнята относительно нее на величину h, которая изменяется в интервале 0,2·Н≥h≥0, палуба приподнята относительно палубы бокового понтона на величину h, которая
2
1
mах
2
mах
изменяется в интервале 0,5H≥h≥0, где Н - высота бокового понтона; а на виде сбоку подошва каждого понтона-уширителя выполнена с передним и задним скосами, причем угол переднего скоса α не превышает разности углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема каждого понтона β, а угол заднего скоса α не превышает суммы углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема понтона β, который равен arctg2R/t, где R - радиус криволинейных участков передних направляющих понтонов; t - измеренное в продольном направлении расстояние между передними и задними катками корпуса. Каждый понтон-уширитель в поперечной плоскости выполнен увеличивающимся по высоте по мере удаления от его внутреннего борта к внешнему с наклоном палубы, параллельным ватерлинии при допускаемом боковом крене.
Применение в конструкции малогабаритного шагающего болотохода рабочего оборудования в виде однороторной фрезы-рекультиватора позволило повысить производительность рекультивационных работ и качество их выполнения за счет сплошного непрерывного фрезерования и тщательного перемешивания замазученной болотной почвы вместе с чистыми нижележащими слоями грунта и кислородом воздуха. В отличие от циклического характера рекультивационных работ ковшом экскаватора с выполнением на почве бугорков с чередующимися межбугровыми понижениями, сплошное фрезерование и перемешивание почвы стимулирует физико-химические процессы испарения токсичных для растений легких углеводородов из более
глубоких почвенных горизонтов, улучшает аэрацию и снижает концентрацию нефти в рекультивационном слое почвы при разбавлении.
Применение в приводе болотохода рабочего органа попутного фрезерования (сверху вниз) позволило повысить проходимость машины за счет появления от фрезы-рекультиватора дополнительной силы тяги, аналогично ведущему колесу автомобиля на твердых почвах или гребному колесу на жидких грунтах.
Выполнение каждого понтона-уширителя на виде в плане в виде прямоугольника со скошенной передней стороной по направлению к боковому понтону позволило повысить поперечную остойчивость болотохода за счет прямой формы боковой стороны, находящейся в задней части машины. При прямой форме понтона-уширителя его объем и водоизмещение возрастают и не ограничиваются с задней стороны наименьшим радиусом поворота рабочего оборудования как у высокопроходимой универсальной машины.
Возможность дискретного изменения высоты каждого понтона-уширителя за счет его перестановки с одного места крепления на другое позволила повысить его проходимость на слабодеформируемом грунте, а плавучесть и остойчивость на сильнодеформируемой почве. Так, на слабодеформируемом грунте и во внедорожных условиях при установке каждого понтона-уширителя своим днищем выше днища боковых понтонов на величину до 0,2·Н, снижается сила сопротивления их передвижению и повышается сила тяги болотохода и его проходимость. На сильнодеформируемой почве, в том числе на топких болотах, при низкой установке каждого понтона-
уширителя, когда его днище по уровню приближается к уровню расположения днища бокового понтона, возрастает площадь опорной поверхности и водоизмещение болотохода и, соответственно, его плавучесть, остойчивость и проходимость.
Применение понтона-уширителя такой конструкции, при которой его палуба приподнята относительно палубы бокового понтона на величину до 0,5·Н, повысило боковую остойчивость болотохода от поперечного опрокидывания. Так, при боковом крене болотохода, при котором уровень ватерлинии приближается к уровню палубы бокового понтона или превышает его, возрастает водоизмещение понтона-уширителя, опущенного в воду, за счет его верхней части, приподнятой над палубой бокового понтона. Тем самым возрастают выталкивающая сила, действующая на опущенный в жидкий грунт понтон-уширитель и момент, восстанавливающий равновесие болотохода.
1
mах
2
mах
Применение в конструкции каждого понтона-уширителя на виде сбоку рациональных по величине углов скоса подошвы, передний из которых α не превышает разности углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема опоры β, а задний угол α не превышает суммы углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема опоры β, снизило лобовое сопротивление при передвижении болотохода передним и задним ходом и устранило явление «бульдозерного эффекта». За счет использования рациональных углов скоса на сильнодеформируемом грунте понтоны-уширители подминают под себя грунт, а не сдвигают и не волокут его перед
собой, тем самым повышается сила тяги и проходимость болотохода в рассмотренных условиях.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель поясняется следующими чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид малогабаритного шагающего болотохода; вид сбоку;
на фиг.2 - вид А на фиг.1; вид в плане на понтоны (силовая установка и фреза-рекультиватор не показаны);
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1 (поперечный разрез по понтонам);
на фиг.4 - поперечный разрез по понтонам при боковом крене болотохода;
на фиг.5 - тоже, вариант исполнения верхней части каждого понтона-уширителя с наклоном палубы от его внутреннего борта к наружному борту.
Осуществление полезной модели.
Малогабаритный шагающий болотоход для рекультивации нефтезамазученных болотных почв состоит из корпуса 1, на котором установлены силовая установка 2 с приводом механизма шагания 3, а также передние 4 и задние 5 катки, помещенные соответственно в передние 6 и задние 7 направляющие (фиг.1). Передние направляющие 6 имеют замкнутую овалообразную форму, а задние направляющие - прямолинейные. Передние и задние направляющие 6 и 7 закреплены на центральном понтоне 8 и на сдвоенных боковых понтонах 9 соответственно в их передних и задних частях. Привод 3 на центральный понтон 8 смещен относительно привода на боковые понтоны 9 на 180°. К каждому боковому понтону 9 с его внешней стороны прикреплен съемный понтон-уширитель 10 с возможностью его перестановки по
1
1
2
2
1
max
2
mах
высоте. В задней части на корпусе 1 шарнирно навешено рабочее оборудование в виде фрезы-рекультиватора болотных почв 11 с приводом для попутного фрезерования (сверху вниз). Каждый понтон-уширитель 10 на виде в плане выполнен в виде прямоугольника со скошенной передней стороной по направлению к боковому понтону (фиг.2). Подошва каждого понтона-уширителя 10 установлена параллельно подошве бокового понтона 9 и приподнята относительно нее на величину h, которая изменяется в интервале 0,2·Н≥h≥0, а палуба приподнята относительно палубы бокового понтона 9 на величину h, которая изменяется в интервале 0,5Н>h>0, где Н - высота бокового понтона 9 (фиг.3, 4). На виде сбоку подошва каждого понтона-уширителя выполнена с передним и задним скосами (см. фиг.1), причем угол переднего скоса α не превышает разности углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема понтонов 8, 9 - β, а угол заднего скоса α не превышает суммы углов внутреннего трения грунта γ и максимального угла подъема понтонов 8, 9 - β, который равен arctg2R/t, где R - радиус криволинейных участков передних направляющих 6 понтонов 8, 9; t - измеренное в продольном направлении расстояние между передними 4 и задними 5 катками корпуса 1 (см. приложение). Как вариант, каждый понтон-уширитель 10 в поперечной плоскости выполнен увеличивающимся по высоте по мере удаления от его внутреннего борта к внешнему борту с наклоном палубы, параллельным ватерлинии при допускаемом боковом крене (фиг.5).
Малогабаритный шагающий болотоход работает следующим образом.
Доставка болотохода по дорогам общего назначения осуществляется автотранспортом при снятых понтонах-уширителях 10. При относительно небольшом габарите болотохода по ширине, не превышающем предельно допустимого значения, регламентированного правилами дорожного движения для автомобильных дорог, не требуется получения специального разрешения в органах ГИБДД для перевозки машины к местам рекультивационных работ.
При передвижении болотохода к месту работы от проезжей части дороги до болота во внедорожных условиях каждый понтон-уширитель 10 крепят к соответствующему внешнему борту соответствующего бокового понтона 9 так, чтобы его подошва была параллельна подошве бокового понтона 9 и приподнята относительно нее на высоту до 0,2 Н.
Для передвижения болотохода приводом 3 от силовой установки 2 вращают ведущие передние катки 4 корпуса 1, которые перемещаются в передних направляющих 6 понтонов 8, 9 и поочередно их перемещают. При этом задние катки 5 корпуса 1 передвигаются по задним направляющим 7 понтонов 8, 9, совершая в направляющих 7 возвратно-поступательные движения. В процессе шагания болотохода преимущественно приподнимаются носовые части его понтонов 8, 9. Хвостовые части понтонов 8, 9 приподнимаются на меньшую величину (см. фиг.1). При движении по бездорожью приподнятые понтоны-уширители 10 практически не контактируют с грунтом
(см. фиг.3). В результате чего снижаются сила сопротивления передвижению болотохода и действующая на понтоны-уширители 10 нагрузка со стороны слабодеформируемого грунта.
Перед передвижением по болоту каждый понтон-уширитель 10 переставляют (опускают) на внешнем борту соответствующего бокового понтона 9 на новое крепежное место так, чтобы его подошва была параллельна подошве бокового понтона 9 и находилась с ней практически на одном уровне. За счет прямоугольной формы понтонов-уширителей 10 (на виде сверху) и пониженной их установке на каждом боковом понтоне 9, на сильнодеформируемых грунтах при повышенной осадке повышается площадь опорной поверхности болотохода, снижается его давление на грунт и повышается проходимость, а на топких болотных почвах, свойства которых приближаются к свойствам жидкой грунтовой массы, повышается водоизмещение, плавучесть и остойчивость.
При значительном боковом крене болотохода, при котором ватерлиния приближается к палубе бокового понтона 9 или превышает высоту его борта, в работу вступает дополнительный объем соответствующего понтона-уширителя 10, который размещается над палубой бокового понтона 9, при этом создается дополнительная выталкивающая сила, а от нее дополнительный восстанавливающий момент от бокового опрокидывания, повышающий боковую остойчивость (см. фиг.4, 5).
Передний и задний углы скоса каждого понтона-уширителя 10, не превышающие углов внутреннего трения грунта, снижают их лобовое сопротивление передвижению при переднем и заднем ходе болотохода и повышают проходимость болотохода (см. фиг.1). При рекультивации нефтезамазученных болотных почв вращают фрезу-рекультиватор в направлении сверху вниз (попутное фрезерование), опускают ее в грунт на необходимую глубину и включают привод 3 механизма шагания болотохода для его поступательного передвижения. На топких болотах, где сила сцепления движителя с грунтом невелика, фреза своим вращением в попутном направлении создает дополнительную силу тяги, тем самым, увеличивая проходимость болотохода (см. фиг.1).
При движении по болоту с мелколесьем скошенная передняя сторона каждого понтона-уширителя 10 отодвигает встречаемые на его пути стволы деревьев и ветви кустарника вбок в соответствующие стороны, снижая сопротивление передвижению болотохода и его проходимость по болотам с древесным растительным покровом (см. фиг.2).
В настоящее время в ЗАО «Тверской экспериментально-механический завод» разработан технический проект малогабаритного шагающего болотохода для рекультивации нефтезамазученных болотных почв. В 4-ом квартале 2005 г. по чертежам авторов заявки на полезную модель планируется изготовление опытно-промышленного образца болотохода.