АГРЕГАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ СВЧ ПОЛЕМ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам, предназначенным для обработки электромагнитным СВЧ полем горизонтальных диэлектрических поверхностей. Предлагаемое решение может быть использовано для укладки и ремонта дорожного покрытия, для устранения сцепления льда с асфальтовыми, бетонными и другими покрытиями с целью очистки, для укрепления поверхностей асфальтовых, бетонных, грунтовых и других покрытий, а также в иных областях, удовлетворяющих условиям эксплуатации агрегата.
В настоящее время использование источников электромагнитного излучения нашло широкое применение в различных сферах хозяйственной деятельности. Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроники способствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этого диапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранее технологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся, например, создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур; возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных в эксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могут осуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов, в частности шин и лакокрасочных покрытий, упрочнение грунтов, стабилизация параметров полупроводников и т.д. Все более широкое применение получают нагрев и сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи, пастеризация молока и т.п.
Однако использование электромагнитного СВЧ поля в коммунальном хозяйстве, в частности для укладки и ремонта дорожного покрытия, для устранения льда с дорожных покрытий, малоизвестно. В патенте RU2520731 (дата публикации 27.06.2014, Е01Н 5/00) описано изобретение, предназначенное для превращения снежной массы в жидкую фазу. Сущность решения заключается в том, что устройство выполнено в виде передвижной самодвижущейся установки с баком или цистерной, оснащенными нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня жидкости. Устройство снабжено насадкой для сбора полужидкой снежной фракции, насосом для перекачки полужидкой снежной фракции в емкость, манипулятором с гидронасосом для управления насадкой, силовым агрегатом для автономного питания нагревательных элементов. Для ускорения процесса перевода полужидкой снежной массы в жидкую фазу в закрытой цистерне или баке, соединенные с силовым агрегатом и пультом оператора установлены СВЧ излучатели с магнетронами или клистронами. Недостатком данного решения является сложность конструкции. Изобретение может быть реализовано лишь путем производства установки, что требует значительных материальных, трудовых и временных затрат. Кроме того, известное устройство предназначено лишь для уборки снега и льда и не может быть использовано для других целей.
Задачей настоящей полезной модели является разработка устройства на основе использования СВЧ энергии широкого спектра применения. Следующая задача заключается в том, чтобы устройство было выполнено в виде рабочего органа, устанавливаемого на транспортное средство, что значительно снизило бы затраты на его производство. Осуществление поставленной задачи обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности конструкции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ полем, включает транспортное средство с пультом управления, расположенном в кабине, дизель-генератор, установленный в кузове, и СВЧ устройство, согласно полезной модели СВЧ устройство выполнено навесным с возможностью крепления к раме под кузовом транспортного средства и состоит из системы подвески и регулировки высоты, двухуровневой платформы, на верхнем уровне которой расположены блоки питания, а на нижнем - блок волноводных резонаторов, с установленными на них магнетронами, вентиляторами охлаждения и согласующего элемента, с размещенными по его периметру пирамидками СВЧ защиты.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлен общий вид агрегата; На фиг. 2 - навесное СВЧ устройство.
Агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ полем состоит из транспортного средства 1, в кузове которого размещен дизель-генератор 2. Под кузовом к раме 3 крепится навесное СВЧ устройство 4 с возможностью регулировки расстояния h до обрабатываемой поверхности 5. В кабине водителя расположен пульт управления 6, с которого осуществляется включение СВЧ устройства и выбор режимов его работы в зависимости от решаемой задачи. Навесное СВЧ устройство (фиг. 2) представляет собой матрицу размером 1,5 м × 1,0 м, и состоит из системы 7 подвески и регулировки высоты h, которое крепит навесное СВЧ устройство к раме транспортного средства 1; двухуровневой платформы, на верхнем уровне которой расположены блоки питания 8, а на нижнем - блок волноводных резонаторов 9, с установленными на них магнетронами 10; согласующего элемента 11, с размещенными по его периметру пирамидками СВЧ защиты 12.
Для начала работы из кабины водителя с пульта управления включают СВЧ устройство и выбирают режим его работы. Затем транспортное средство начинает перемещаться с заданной скоростью или остается неподвижным в соответствии с технологическим процессом обработки поверхности.
Предложенная конструкция агрегата с навесным СВЧ устройством, как было сказано выше, имеет широкую область применения. Ниже полезная модель иллюстрируется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее решение, примеров его использования.
Пример 1. Устранение сцепления льда с поверхностью асфальтовых, бетонных и других покрытий при их очистке.
Для устранения сцепления льда с поверхностью агрегат с включенным СВЧ устройством перемещается по поверхности льда с заданной постоянной скоростью. При этом СВЧ поле проникает через лед без затухания (лед не нагревается) и начинает нагревать асфальт. Как только температура поверхности асфальта достигнет 0°С, сцепление льда с асфальтом исчезнет, и лед можно будет убирать любым известным способом. Проведенные исследования показали, что устраняется сцепление льда с поверхностью, независимо от его толщины, а скорость перемещения транспортного средства составляет около 1,0 м/мин при следующих технических характеристиках устройства:
1. Размер матрицы (площадь захвата обрабатываемой поверхности) - - 1,5 м × 1,0 м.
2. Мощность СВЧ излучения - 20 кВт.
3. Частота излучения - 2450 МГц.
4. Источник питания - 220 В, 50 Гц, 30 кВт. (синхронный 3-х фазный генератор с самовозбуждением)
5. Величина неиспользуемого СВЧ излучения на расстоянии 0,5 м от поверхности устройства не более 10 мкВт/см2.
Пример 2. Нагрев асфальта при укладке и ремонте дорожных покрытий.
Основную часть при ремонте дорожных покрытий составляет ямочный ремонт. Традиционный ямочный ремонт состоит в том, что горячий асфальт засыпается в ямку и укатывается. При этом температура стенок ямки в несколько раз ниже температуры горячего асфальта, в результате чего адгезия между старым холодным асфальтом и горячим новым асфальтом не обеспечивает достаточной прочности соединения. Такая «заплатка» быстро выбивается колесами автомобилей из ямки. Применение предлагаемого устройства позволяет нагреть старый асфальт по периметру ямки до температуры нового горячего асфальта. Как результат - адгезия максимальная, которая приводит к повышению прочности соединения между старым и новым асфальтом в несколько раз.
Для решения этой задачи агрегат устанавливают над ямкой так, чтобы СВЧ устройство своим согласующим элементом 6 полностью перекрывало ямку. СВЧ устройство включается с пульта управления из кабины водителя на время, обеспечивающее нагрев асфальта до требуемой температуры. После чего транспортное средство перемещается, открывая ямку для засыпки ее горячим асфальтом и укатки.
2
Для проведения испытаний было выбрано дорожное покрытие с глубиной выбоин (разрушений) до 40 мм, площадь ремонтируемого покрытия в одном месте до 0,5 м (0,5×1,0 м). Ремонт асфальтобетонных покрытий выполняют в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5°С. Разогрев асфальтобетонных покрытий производят до температуры 100-120°C с применением СВЧ устройства, которое устанавливают над ремонтируемой поверхностью. Время разогрева асфальтобетона определяется мощностью СВЧ устройства и составляет примерно 30 минут. Предельную степень разогрева определяют по появлению синего дыма над поверхностью покрытия, что указывает на начало выгорания вяжущего.
Таким образом, предлагаемое решение имеет преимущества, заключающиеся в том, что навесное СВЧ устройство крепиться к раме снизу кузова имеющегося транспортного средства. Устройство является многофункциональным, и может быть использовано для разных целей.