УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЛЕДЯНЫХ И СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ С АВТОДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

Полезная модель относится к устройствам для зимней уборки дорог и аэродромных покрытий, в частности к навесному или прицепному специальному оборудованию для удаления ледяных и снежно-ледяных образований с дорожных и аэродромных покрытий всех категорий.
Известно устройство очистки от наледи и спрессованного снега, состоящее из рамы, шнека со спиралями правого и левого направлений, двух скребков, опорных спаренных колес, трансмиссии привода рабочих органов, гидроцилиндров опускания, подъема и ротора, ротор состоит из вала, на котором установлены на шпонках с определенным шагом дисковые пилы, разделенные между собой молотками с прикрепленными к ним пластинами с заостренной кромкой, шарнирно установленными на осях, проходящих через дисковые пилы, а с торцов на вал установлены на подшипниках скольжения опорные зубчатые колеса, наружный диаметр которых больше наружного диаметра дисковых пил и молотков с пластинами с заостренными кромками (см. https://yandex.ru/patents/doc/RU2291245C2_20070110. Дата обращ. 10.04.2022 г.).
Недостатком указанного устройства является повреждение поверхности автодорожных или аэродромных покрытий при очистке от наледи и спрессованного снега вследствие механического на них воздействия рабочих органов устройства.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является съемный плужно-щеточный модуль дорожной уборочной машины, состоящий из плуга и щетки, установленных на рамной конструкции спереди базового шасси машины, причем щетка выполнена цилиндрической и расположена с тыльной стороны плуга, который снабжен механизмом подъема, при этом плуг, цилиндрическая щетка и их рамная конструкция оформлены единым конструктивно-технологическим модулем с параллельным расположением линии отвала плуга и продольной оси цилиндрической щетки с возможностью как совместного, так и раздельного функционирования плуга и цилиндрической щетки, причем в зависимости от условий уборки: плуг - с возможностью регулирования подъема перед и над цилиндрической щеткой, а цилиндрическая щетка - с возможностью регулирования размера пятна контакта цилиндрической щетки с убираемой поверхностью и с возможностью регулирования величины и направления скорости вращения цилиндрической щетки посредством гидропривода. Диапазон регулирования величины скорости вращения цилиндрической щетки с возможностью реверсирования составляет от 0 до 1500 оборотов в минуту. Съемный плужно-щеточный модуль своим стыковочным узлом, линиями энергопитания и управления присоединен к машине через съемный унифицированный гидромодуль с несущей рамной конструкцией и имеет возможность синхронного поворота плуга и цилиндрической щетки в горизонтальной плоскости в диапазоне угла от -30° до +30° относительно поперечной оси машины (см https://yandex.ru/patents/doc/RU64220U1_20070627. Дата обращ. 10.04.2022 г.).
Недостатком указанного устройства является низкое качество очистки автодорожного или аэродромного покрытия, что обусловлено отсутствием возможности удаления с них ледяных образований толщиной более 1 мм и низкой скоростью перемещения при этом.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества очистки за счет возможности осуществления удаления ледяных образований толщиной 1…5 мм с автодорожных и аэродромных покрытий без разрушения их поверхности и с необходимой скоростью перемещения.
1
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для удаления ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий, содержащее раму, устройство своим стыковочным узлом, линиями энергопитания и управления присоединено к машине через съемный унифицированный гидромодуль с несущей рамной конструкцией, согласно изобретению, рама снабжена задними неповоротными и передним поворотным колесами, дополнительно введены подрамник, на котором последовательно установлены четыре цилиндрических щетки, с возможностью вращения вокруг своей оси и синхронного поворота относительно поперечной оси подрамника в горизонтальной плоскости в диапазоне угла от -30° до +30°, с возможностью регулирования величины и направления скорости вращения, при этом крайние цилиндрические щетки снабжены парой опорных колес с механизмами регулирования размера пятна контакта цилиндрических щеток с убираемой поверхностью, подрамник соединен с нижней частью рамы с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, расстояние между осями вращения смежных цилиндрических щеток L, от первой до предпоследней по ходу движения, составляет:
1
ш
1,
L=D+l
ш
где D- диаметр цилиндрической щетки; U=40…50 мм,
2
расстояние между осями вращения предпоследней и последней цилиндрических щеток L по ходу движения составляет:
2
ш
2
L=D+l,
2
где l=350…400 мм.
Диапазон регулирования величины скорости вращения цилиндрических щеток с возможностью реверсирования составляет от 0 до 1500 оборотов в минуту.
1
Сущность полезной модели заключается в том, что рама снабжена задними неповоротными и передним поворотным колесами, дополнительно введены подрамник, на котором последовательно установлены четыре цилиндрических щетки, с возможностью вращения вокруг своей оси и синхронного поворота относительно поперечной оси подрамника в горизонтальной плоскости в диапазоне угла от -30° до +30°, с возможностью регулирования величины и направления скорости вращения, при этом крайние цилиндрические щетки снабжены парой опорных колес с механизмами регулирования размера пятна контакта цилиндрических щеток с убираемой поверхностью, подрамник соединен с нижней частью рамы с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, расстояние между осями вращения смежных цилиндрических щеток L, от первой до предпоследней по ходу движения, составляет:
1
ш
1
L=D+l,
ш
1
где D - диаметр цилиндрической щетки; l=40…50 мм,
2
расстояние между осями вращения предпоследней и последней цилиндрических щеток L по ходу движения составляет:
2
ш
2
L=D+1,
2
где l=350…400 мм.
Диапазон регулирования величины скорости вращения цилиндрических щеток с возможностью реверсирования составляет от 0 до 1500 оборотов в минуту.
2
2
Известно [см., например, Куриленко О.Д. Краткий справочник по химии. - Киев: «Наукова думка», 1974. - 991 с.], что при механическом трении одной поверхности о другую за счет силы трения скольжения происходит переход механической энергии в тепловую и чем больше давление, площадь и время контакта, тем тепла образуется больше. Так, например, энергия силы трения, возникающая при вращении цилиндрической щетки, ворс которой изготовлен из полимерного материала, диаметр которой составляет 0,35 м и масса - 500 кг по льду со скоростью 4…6 об/сек может составить 1750 Дж. В то время как на нагрев 1 мм льда на 1°С на площади 1 м необходимо затратить 418,4 Дж энергии. Следовательно, одна цилиндрическая щетка способна разогреть лед толщиной 1 мм на площади 1 м примерно на 4°С. При этом ворс щетки из полимерного материала не оказывает разрушительного воздействия на поверхность автодорожных или аэродромных покрытий вследствие своей меньшей твердости.
В известном устройстве (см. патент RU 64220 U1, МКП Е01Н 5/00(2006.01). Опубл. 2007.06.27) в процессе работы щеточно-плужного модуля плуг сдвигает с дорожного покрытия основную массу убираемого материала (снега или грязи), а оставшийся тонкий слой удаляется вращающейся навстречу движению щеткой. При этом при очистке покрытий от льда одна цилиндрическая щетка щеточно-плужного модуля способна разогреть и разрушить лед толщиной не более 1 мм и то при условии, что машина будет перемещать щеточно-плужный модуль со скоростью не более 0,05…0,1 м/с (0,36 км/ч). Аэродромы и автомобильные дороги имеют большие площади, для очистки которых скорость перемещения должна составлять не менее 2…5 км/ч, и толщина ледяных и снежно-ледяных образований на них составляет в основном, как показывает практика, 1…5 мм [см., например, Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов Российской Федерации (РЭГА РФ). - Новосибирск: Издательство НПФ «Бэсттек-Авиа», 1999 - 233 с.]. Поэтому данный щеточно-плужный модуль не позволяет обеспечить удаление ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий с необходимым качеством в необходимое время.
Согласно полезной модели, повысить качество очистки возможно осуществить за счет удаления ледяных образований толщиной 1…5 мм с автодорожных и аэродромных покрытий без разрушения их поверхности и с необходимой скоростью перемещения с помощью последовательно установленных на подрамнике, по меньшей мере, четырех цилиндрических щеток, расположенных близко друг от друга - на расстоянии 40…50 мм и крайняя сзади на большем удалении - 350…400 мм. При этом первая по ходу движения цилиндрическая щетка разогревает и разрушает поверхность льда на глубину 1 мм. Тепло, образованное первой щеткой не успевает за доли секунды рассеяться в атмосфере, и вода опять превратиться в лед, как следом за ней вторая и последующие до предпоследней по ходу движения, близко расположенные друг от друга щетки, продолжают разогревать и разрушать поверхность льда на глубину 1 мм каждая. Последняя по ходу движения цилиндрическая щетка осуществляет окончательную, чистовую очистку поверхности от ледяных и снежно-ледяных образований. Подрамник обеспечивает крепление цилиндрических щеток, их подъем, опускание и поворот на необходимый угол. Опорные колеса с механизмами регулировки крайних цилиндрических щеток обеспечивают необходимый размер пятна контакта цилиндрических щеток с убираемой поверхностью. Задние неповоротные и переднее поворотное колеса, прикрепленные к раме, обеспечивают перемещение устройства. Этим достигается указанный в полезной модели технический результат.
1
2
ш
1
2
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для удаления ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий в варианте исполнения механизмов подъема/опускания и вращения в виде гидроцилиндров, на фиг. 2 - подрамник, на фиг. 3 - цилиндрическая щетка в сборе с опорными колесами и механизмами регулировки, на фиг. 4 -устройство в походном положении, на фиг. 5 - устройство в рабочем положении, на фиг. 6 - вид на устройство сверху, где показаны: 1 - рама; 2.1, 2.2 - колесо переднее поворотное и задние неповоротные соответственно; 3 - направляющий палец; 4 - подрамник; 5 - цилиндрическая щетка; 6 - вилка цилиндрической щетки; 7 - опорное колесо; 8 - механизм регулировки опорного колеса; 9 - двигатель привода цилиндрической щетки; 10 - ось привода цилиндрической щетки; 11 - проушина подрамника; 12.1, 12.2 - гидроцилиндры опускания (поднятия) подрамника и изменения угла поворота цилиндрических щеток соответственно; 13 - тяга; 14 - рычаг; 15 - вал привода поворота цилиндрической щетки; 16 - отверстие; 17 - ограничитель; 18 - дорожное покрытие; α - угол поворота цилиндрических щеток; h - высота подъема цилиндрических щеток над дорожным покрытием в походном положении устройства; L, L - расстояния между осями вращения смежных цилиндрических щеток, предпоследней и последней цилиндрических щеток соответственно; D - диаметр цилиндрической щетки; l=40…50 мм; l=350…400 мм.
Цилиндрическая щетка 5 предназначена для разрушения поверхности ледяных и снежно-ледяных образований за счет кинетической энергии вращения и механической энергии трения. Цилиндрическая щетка 5 представляет собой трубу, на которую надевают, плотно прижатые друг к другу, плоские кольца с запрессованным по внешней кромке ворсом, который изготавливается из капронового моноволокна. Цилиндрическая щетка 5 может быть выполнена, например, из дисков щеточных беспроставочных полипропиленовых (см., например, http://dorkommash.ru/besprostavochnij-p-p-120h5 50-standart.html. Дата обращ. 26.04.2022 г.).
Подрамник 4 предназначен для крепления цилиндрических щеток, обеспечения их подъема, опускания и поворота на необходимый угол оператором машины, например, из нижнего рабочего в верхнее транспортное положение и обратно. Подрамник 4 может быть изготовлен в виде трехбалочной прямоугольной рамы из металлического уголка или профильной трубы методом сварки (см., например, https://docs.yandex.ru/docs/view?tm=1650996974&tld=ru&lang=ru&name=svarn_yesoed.pdf. Дата обращ. 26.04.2022 г.).
Опорное колесо 7 с механизмом регулировки 8 предназначено для обеспечения необходимого размера пятна контакта цилиндрических щеток с убираемой поверхностью с целью оптимизации результатов чистовой уборки и процессов изнашивания ворса щетки. Прижатие ворса щеток к поверхности очищаемых покрытий должно находиться в пределах 10…25 мм. Опорное колесо 7 с механизмом регулировки 8 может быть выполнено в виде опорного колеса аэродромной уборочной машины ДЭ-224 (см., например, http://dorkommash.ru/dje-224-ajerodromnaja-uborochnaja-mashina. Дата обращ. 26.04.2022 г.).
Переднее поворотное 2.1 и задние неповоротные 2.2 колеса предназначены для обеспечения перемещения устройства. Переднее поворотное 2.1 и задние неповоротные 2.2 колеса могут быть выполнены в виде бездисковых колес автомобиля КамАЗ [см., например, Сабинин А.А. Автомобили с дизельными двигателями: учеб. пособие - М.: Высшая школа, 1981. - 264 с. - С.1 84].
Устройство для удаления ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий работает следующим образом.
Устройство прицепляется к автомобильному или тракторному средству. Оператор устанавливает цилиндрические щетки 5 из походного положения устройства, которое представлено на фиг. 5 и при котором цилиндрические щетки 5 находятся над поверхностью дорожного покрытия 18 на высоте h, в рабочее положение, которое представлено на фиг. 6 и при котором опорные колеса 7 первой и последней цилиндрических щеток 5 опираются на поверхность дорожного покрытия 18. Для этого оператор опускает в нижнее положение подрамник 4 с помощью блока управления (не показан) гидроцилиндров 12.1, которые закреплены на раме 1, а их штоки - на проушинах подрамника 11. Подрамник 4 опускается по направляющим пальцам 3 до ограничителей 17. На фиг. 2 представлен подрамник 4, на котором показаны пальцы 3 с ограничителями 17 и проушинами подрамника 11. Затем оператор устанавливает угол поворота α цилиндрических щеток 5 через блок управления (не показан) гидроцилиндром 12.2, который перемещает тягу 13 и воздействует на рычаги 14, вследствие чего происходит синхронный поворот цилиндрических щеток 5 на валах 15 относительно поперечной оси подрамника 4 в горизонтальной плоскости в диапазоне угла α=(-30) - (+30°). На фиг. 6 представлен вид на устройство сверху, где показан синхронный поворот цилиндрических щеток 5 относительно поперечной оси подрамника 4 в горизонтальной плоскости на угл α.
1
2
1
2
ш
После этого оператор регулирует размер пятна контакта цилиндрических щеток 5 с убираемой поверхностью дорожного покрытия 18 с помощью механизмов регулировки 8 опорных колес 7, установленных на первой и последней цилиндрических щетках 5. На фиг. 3 представлена цилиндрическая щетка 5 в сборе с опорными колесами 7 и механизмами регулировки 8. Прижатие ворса щеток к поверхности очищаемых покрытий должно находиться в пределах 10…25 мм. Далее оператор через блок управления (не показан) включает двигатели привода 9 цилиндрических щеток 5, регулирует величину скорости и направление их вращения и проверяет качество работы цилиндрических щеток 5 по удалению льда с поверхности покрытия. При необходимости регулировочные работы по размеру пятна контакта (степени прижатия цилиндрических щеток 5 к очищаемой поверхности дорожного покрытия 18), величине скорости и направлению вращения цилиндрических щеток 5 повторяются до необходимого качества очистки. Затем оператор перемещается в тягач и начинает работу по удалению ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий с помощью последовательно установленных на подрамнике, по меньшей мере, четырех цилиндрических щеток, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. На фиг. 6 представлено рабочее положение устройства, где показаны расстояния L, Lмежду осями вращения смежных цилиндрических щеток, от первой до предпоследней, предпоследней и последней цилиндрических щеток по ходу движения, соответственно, и расстояния l и 1 между цилиндрическими щетками диаметром D.
При этом первая по ходу движения цилиндрическая щетка 5 разогревает и разрушает поверхность льда на глубину 1 мм. Тепло, образованное первой щеткой, не успевает за доли секунды рассеяться в атмосфере, и вода опять превратиться в лед, как следом за ней вторая и последующие до предпоследней по ходу движения, близко расположенные друг от друга цилиндрические щетки 5 продолжают разогревать и разрушать поверхность льда на глубину 1 мм каждая. Последняя по ходу движения цилиндрическая щетка 5 осуществляет окончательную, чистовую очистку поверхности дорожного покрытия 18 от ледяных и снежно-ледяных образований.
Таким образом, происходит повышение качества очистки ледяных и снежно-ледяных образований с автодорожных и аэродромных покрытий.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые устройства и узлы.
Предлагаемое техническое решение позволяет в зависимости от конкретных условий уборки оперативно регулировать работу устройства по подъему цилиндрических щеток и выставлению необходимого размера пятна контакта с убираемой поверхностью, по величине и направлению скорости вращения цилиндрических щеток, по синхронному повороту цилиндрических щеток в горизонтальной плоскости для очистки любых дорожных и аэродромных полос с уборкой, как в левую, так и в правую стороны от направления движения транспортного средства и осуществлять очистку ледяных и снежно-ледяных образований толщиной 1…5 мм с автодорожных и аэродромных покрытий со скоростью 2…5 км/ч с необходимым качеством и в минимальные сроки.