УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЛЕДОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ СНЕЖНО-ТОРОСОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
DEVICE FOR CLEANING THE ICE SURFACE FROM SNOW-HUMMOCK FORMATIONS

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для прокладки дорог по льду водоемов путем удаления с него снежно-ледовых отвалов и торосов. При разрушении торосов энергетические затраты складываются из затрат на резание льда торосов и на трение снежно-ледовой массы по элементам рабочего органа фрезы.
Энергетические затраты на трение снежно-ледовой массы о элементы привода и шнека могут меняться в зависимости от условий взаимодействия фрезы с разрушаемой и удаляемой снежно-ледовой массы.
Для очистки аэродромов и дорог начиная с 1951 года на заводе «Ударник» и с 1962 года на Северодвинском заводе «Севдормаш» серийно выпускались шнеко-роторные снегоочистители PC 1, PC 2, PC 3, Д 212. В них рабочий орган представляет собой два многозаходных шнека с направленными навстречу друг другу витками [1]. Оси шнеков расположены перпендикулярно направлению движения снегоуборочной машины. Привод шнека осуществляется от редуктора закрепленного в центре между шнеками. Шнеки, вырезая слои мягкого свежевыпавшего снега, подают вырезанную массу к центру, где она поступает в роторный метатель и выбрасывается последним в сторону от очищаемой полосы. На шнеке нет резцов. Это делает невозможным использование снегоочистителя типа PC для очистки заторошенных участков, поскольку высота ледовых торосов достигает 2 метров.
Для удаления снежно-ледовых образований (гололеда) с дорог предложено устройство, описанное в патенте [2]. В нем на барабане, являющемся осью фрезы, закреплены по винтовой линии резцы, срезающие наледь. Множество резцов, размещенных по винтовым линиям, являются аналогом шнекового устройства и также смещают вырезанную массу в сторону поскольку в этом устройстве режущий орган представляет единичный шнек с приводом с одной стороны, то он может быть только аналогом. За прототип нами принята конструкция роторной шнековой фрезы использовавшейся в снегоочистителях типа PC 1, PC 2, [1].
В случае дооборудования шнеков снегоочистителя PC 1 резцами их можно было бы использовать для удаления заторошенных снежно-ледовых образований со льда водоемов для прокладки по ним транспортных трасс. Однако из-за перпендикулярного расположения осей шнеков к направлению движения снегоочистителя фрезой в центре между шнеками оставлялась бы широкая незачищенная полоса достаточно большой высоты. Это препятствовало бы поступлению разрушенной снежно-ледовой массы в метатель. Незачищенная полоса в центре препятствовала бы движению, оказывая давление на редуктор привода. Это делало бы конструкцию очистителя на базе РС-1 малоэффективной или даже неработоспособной на сильно заторошенных участках.
Для удаления заторошенных образований с высотой торосов до 2 метров применение очистителя PC 1 не дает необходимой эффективности планирования транспортной трассы по льду водоемов и использование известных решений [3, 4], предназначенных только для очистки существующего дорожного полотна от наката и наледи малой толщины, при этом невозможно.
Задачами предполагаемого изобретения являются обеспечение ровной поверхности очищаемой полосы, снижение энергетических затрат на очистку трассы и повышение работоспособности рабочего органа машины-планировщика.
Поставленные цели достигаются тем, что валы шнеков рабочего органа расположены в горизонтальной плоскости под углом 80-85° к направлению движения базовой машины. Винтовые полосы в центральных торцах шнеков на длину 0,1-0,16 величины диаметра шнека закреплены консольно.
Технический результат от реализации данной цели заключается в исключении возможности образования в центре очищаемой трассы широкой полосы остатка неразрушенного торосового образования, которая препятствует проходу снежно-ледовой массы в метатель. Данный остаток за счет давления на редуктор привода шнеков увеличивает сопротивление движению машины-планировщика и снижает устойчивость его работы.
Использование предполагаемого изобретения позволит снизить энергетические затраты на прокладку транспортной трассы по заторошенному льду и исключит необходимость повторного прохода машины по очищаемой трассе.
При установке шнеков под углом 80-85° к направлению движения базовой машины и при более близком надвигании шнеков на редуктор привода путем консольного закрепления винтовых линий в центральных торцах шнека на расстояние равное 0,1-0,16 диаметра фрезы, образование не зачищенного остатка торосов в центре очищаемой полосы исключается.
За счет наклона валов шнеков недоочищенные полосы появляются с внешних сторон очищаемой трассы у ее краев, но их высота и ширина в 2-3 раза меньше, чем она имеет место при установке шнеков без наклона оси шнеков. В связи с отсутствием в центре полоски неразрушенного остатка торосов измельченная снежно-ледовая масса свободно поступает в метатель, работоспособность машины-планировщика возрастает и необходимость вторичного прохода машины по очищаемой полосе исключается.
Предлагаемое устройство содержит два многозаходных шнека с направленными навстречу друг другу витками. Шнеки шнеки находятся перед сгребающим щитом и приводятся во вращение редуктором, установленным в центре между шнеками. Валы шнеков поставлены под углом 80-85° к направлению движения базовой машины. На внешней кромке шнеков закреплены резцы. Измельченная снежно-ледовая масса подается шнеками к центру щита, через проем в центре щита она поступает в роторный метатель и выбрасывается в сторону от очищаемой трассы.
Пример 1
Шнековой фрезой диаметром 400 мм с шириной режущей части 240 мм, шириной фрезы вместе с редуктором привода ее равной 320 мм, с числом оборотов шнека 15 об/мин воздействовали на движущийся снежно-ледовый блок, имеющий размеры 500x500x500 мм, и температуру минус 17°С, со скоростью подачи блока на шнек 120 см/мин. Угол наклона вала шнека к направлению надвигания блока на шнек был равен 90°. Винтовые полосы шнека на длину (40 мм) равную 0,1 части диаметра шнека была выполнена консольной. Судя по токовым нагрузкам мощность расходуемая на резание снежно-ледового блока в пересчете на 1 метр ширины фрезы составляла 22,0 квт/м. Высота вырезанной полосы блока была равна 253 мм.
Пример 2
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле надвигания блока на шнек 87°, при консольности винтовой линии шнека также равной 0,1 величины диаметра мощность на резание блока была равна 18,9 квт/м, а ширина вырезанной полосы была равна 261 мм.
Пример 3
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле надвигания блока на шнек 85° и консольности винтовой линии шнека также равной 0,1 величины диаметра шнека мощность на резание блока была равной 17,2 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 263 мм.
Пример 4
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при направлении надвигания блока на шнек равном 82° и консольности винтовой линии шнека также равной 0,1 величины диаметра шнека, мощность на резание блока была равной 18,0 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 263 мм.
Пример 5
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле направления надвигания блока на шнек равном 80° и консольности винтовой линии шнека равной 0,1 величины диаметра шнека, мощность на резание блока была равной 19,3 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 271 мм.
Пример 6
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле между направлением надвигания блока и осью шнека равном 85° и консольности винтовой линии шнека равной 0,05 величины диаметра шнека, мощность, потребляемая на разрушение блока равна 20,8 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 271 мм.
Пример 7
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле между направлением надвигания блока и осью шнека равном 85° и консольности винтовой линии шнека равной 0,16 величины диаметра шнека мощность, потребляемая на разрушение блока равна 18,1 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 262 мм.
Пример 8
При тех же размерах блока и условиях резки блока, при угле надвигания блока на шнек равном 85° и консольности винтовой линии равной 0,2 величины диаметра шнека, потребляемая на резание блока мощность равна 23,6 квт/м, а ширина вырезанной полосы блока равна 264 мм.
Таким образом, с увеличением разности ширины режущей части шнеков фрезы и длины вала привода шнека за счет смещения фронта резания в сторону редуктора привода шнека происходит одновременно уменьшение давления и трения снежно-ледовой массы о детали редуктора, но и увеличение давления и трения на боковую часть шнека с противоположного внешнего края шнека. Пока снижение давления и трения на редуктор превышает рост давления на противоположную боковую часть фрезы общие энергетические затраты на разрушение снежно-ледяного блока уменьшаются и достигают минимума. После этого рост давления на противоположную боковую часть начинает превышать достигаемый выигрыш от падения давления трения в стороне центральной части очищаемой трассы. Оптимум консольности винтовой линии шнека фрезы и величины диаметра фрезы составляет, как показывают примеры 3, 4, 5 и 7, 0,1-0,16 величина диаметра шнека.
С увеличением угла наклона оси вала шнека к направлению движения блока за счет уменьшения затрат на трение транспортирования разрушенной снежно-ледовой массы первоначально понижается, достигает минимума при угле наклона 85° (Пример 3) после чего выигрыш от снижения затрат на трение транспортирования гасится ростом затрат энергии на преодоление сопротивления давлению на боковую часть фрезы.
В результате при выполнении условий оптимума наклона оси вала к направлению движения 80-85° (Пример 3, 4 и 7) и консольности винтовой линии шнека равной 0,1-0,16 величины диаметра шнека энергетические затраты на очистку трассы для проезда транспорта может быть снижена на 5-20%. Одновременно улучшается качество очистки трассы, исключается образование неочищенных валков и необходимость вторичного прохода планировщика по трассе.
Таким образом, предполагаемое устройство позволяет повысить ровность очищаемой полосы трассы, снизить энергетические затраты на прокладку транспортной трассы по льду водоемов на 5-20% и повысить работоспособность рабочего органа.
Источники информации
1. Создание новых отечественных дорожных снегоочистителей / А.И. Иванов, Л.И. Лифшиц, Л.А. Скворцов // Научно-исследовательский институт информации по строительному, дорожному и коммунальному машиностроению. - 1965. - Серия 1.
2. Возный Ю.Н. Устройство для уборки дорог в зимнее время. Патент РФ № 2263177, опубл. - 27.10.2005. Бюллетень изобретений № 40.
3. Храпов Ю.Г., Поляков Е.С., Милованов Д.И., Шварцверг Е.А., Васильев К.А. Устройство для очистки прилотковой части дорог от снежно-ледовых образований. Патент РФ № 1090791, опубл. - 07.05.1984. Бюллетень изобретений № 17.
4. Желукович Ю.Ф., Ганжа В.А., Лысянников А.В., Кайзер Ю.Ф. Безбородов Ю.Н. Устройство для разрушения снежно-ледяных образований и гололеда на дорожных покрытиях. Патент РФ № 2463407, опубл. - 10.10.2012. Бюллетень изобретений № 37.