97344

Модернизации автогудронатора для плавления снега

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Обильные осадки снега на дорогах приводят к заторам и затруднению передвижения транспорта что является серьезной проблемой на большой территории Казахстана. В зимнее время коммунальное хозяйство города испытывает максимальные нагрузки связанные с уборкой снега и льда. В крупных городах загрязнение снега усиливается из-за отработавших газов выбрасываемых в атмосферу автомобилями заводскими и городскими теплоэнергетическими установками работающими на углеводородном топливе.

Русский

2015-10-16

4.93 MB

4 чел.

Введение

Снегопады являются одной из острых проблем  особенно в условиях  города, где большее скопление транспорта. Обильные осадки снега на дорогах  приводят к заторам и затруднению передвижения транспорта,   что является серьезной проблемой на большой территории Казахстана.

В зимнее время коммунальное хозяйство города испытывает максимальные нагрузки, связанные с уборкой снега и льда. Удаление снежных валов, образующихся в результате расчистки проезжей части, наиболее трудоёмкая работа, которая требует особой оперативности и больших технических и материальных средств. Содержание и уборка городских улиц является важным фактором нормального функционирования любого города.

Кроме того, снег является фильтром - накопителем химических  и  других загрязняющих веществ. В крупных городах загрязнение снега усиливается из-за отработавших газов, выбрасываемых в атмосферу автомобилями, заводскими и городскими теплоэнергетическими установками, работающими на углеводородном топливе. Таким образом, снег является не только причиной заторов на улицах, но и накопителем вредных веществ.

Решением данной задачи является, так называемый, «традиционный метод» уборки снега, который заключается в вывозе снега с городских территорий и накопление его в отвалах. Эта технология снегоуборки имеет недостатки: во-первых, перевозка снега требует больших затрат на транспортирование к месту снежных свалок; во-вторых, снег продолжает до полного таяния собирать вредные вещества, которые после таяния попадут в почву, грунтовые воды или водоемы.

  1.  Обзор и анализ существующих конструкции снегоуборочных машин.

1.1 Анализ конструкции и способов уборки снега.

Снегопады являются одной из острых проблем  особенно в условиях  города, где большее скопление транспорта. Обильные осадки снега на дорогах  приводят к заторам и затруднению передвижения транспорта,   что является серьезной проблемой на большой территории Казахстана. Существуют различные виды снегоочистки, которые зависят от физико-механических свойств снега и вида снегоотложений. К таким видам относятся химический метод борьбы с обледенелыми поверхностями. В настоящее время около 55% магистральных дорог обрабатывается раствором хлористого магния. Благодаря химическим средствам оттаивания можно освободить дороги от снега и льда.    В зимнее время коммунальное хозяйство города испытывает максимальные нагрузки, связанные с уборкой снега и льда. Удаление снежных валов, образующихся в результате расчистки проезжей части, наиболее трудоёмкая работа, которая требует особой оперативности и больших технических и материальных средств. Содержание и уборка городских улиц является важным фактором нормального функционирования любого города. К примеру протяженность автомобильных дорог города Караганды составляет 973 километра и этот показатель ежегодно возрастает особенно с реализацией расширения программы городского строительства.

Рисунок 1.1 Традиционный метод уборки снега

При этом ежедневный выход техники в зимнее время в среднем свыше 300 единиц и до 350-360 дорожных рабочих. Каждые сутки вывозится от 5 тысяч до 8 тысяч м3 снежной массы.[1]

Территория Казахстана расположена в лесостепной, степной, полупустынной и пустынной зонах с резко континентальным климатом. В северной половине Казахстана высота снежного покрова достигает 50 см, а в Восточно-Казахстанской, области даже 90 см. Скорости ветров в зимний период достигают 24 и даже 34 м/сек. Все это приводит к большим объемам приносимого к дорогам снега. По данным А.А. Кунгурцева[3]  в степной зоне Северного Казахстана к дорогам приносит от 300 до 600 м3/км снега, а на некоторых участках даже до 800 - 1200 м3/км. Эти данные подтверждаются В.М. Михель и А.В. Рудневой[3], которые указывают, что для северной половины Казахстана объемы приносимого к дорогам снега находятся в пределах от 400 до 1500 м3/км.

Наличие на проезжей части дороги слоя снега с плотностью до  400кг/м3 при сухом снеге, вызывает увеличение сопротивления качению и отсюда, как следствие, снижение скоростей движения транспорта. Количественные значения влияния скоростей в зависимости от толщины слоя снега[3] приведены на рисунке 1.

1 - легковые автомобили, 2 - легкие грузовые, 3 - грузовые.

Рисунок 1.2 - Зависимость скорости движения автомобилей от толщины ненарушенного слоя снега

Кроме того, снег является фильтром - накопителем химических  и  других загрязняющих веществ. В крупных городах загрязнение снега усиливается из-за отработавших газов, выбрасываемых в атмосферу автомобилями, заводскими и городскими теплоэнергетическими установками, работающими на углеводородном топливе. Таким образом, снег является не только причиной заторов на улицах, но и накопителем вредных веществ.

Решением данной задачи является, так называемый, «традиционный метод» уборки снега, который заключается в вывозе снега с городских территорий и накопление его в отвалах. Эта технология снегоуборки имеет недостатки: во-первых, перевозка снега требует больших затрат на транспортирование к месту снежных свалок; во-вторых, снег продолжает до полного таяния собирать вредные вещества, которые после таяния попадут в почву, грунтовые воды или водоемы. [3]

Следовательно, возникает вопрос о необходимости разработки новой более рациональной и эффективной технологии утилизации снега при очистке городских улиц. Такой технологией может стать использование мобильных установок для принудительного плавления снега, что будет являться значительным ресурсосберегающим и природоохранным методом.

Метод плавления снега уже используется в таких странах как США, Канада и Россия, что лишний раз подтверждает выгодность данной технологии и целесообразность её использования. Ведь ни для кого не секрет, что каждая из этих стран использует самые лучшие, самые современные и экономически выгодные технологии в различных сферах деятельности, включая транспортно - дорожную отрасль.[4]

Рисунок 1.3 Лаповый снегопогрузчик в тандеме с грузовиком

Для очистки дорог от снега применяют два основных вида снегоочистительных машин: а) машины сдвигающего действия - плужные снегоочистители; б) машины отбрасывающего действия - роторные снегоочистители. [3]

Наиболее быстро и с наименьшими затратами снег с дороги можно удалить плужными снегоочистителями. Различают навесные и прицепные плужные снегоочистители. Современная служба зимнего содержания дорог применяет преимущественно навесные плужные снегоочистители. Плуги такого типа, навешиваемые спереди машины-тягача, укрепляют так, что они при транспортировке могут подниматься. Прицепные плужные снегоочистители используются только для второстепенных целей: ими убирается снег лишь незначительной высоты, так как машина-тягач должна двигаться по неочищенной от снега проезжей части.

Плужные снегоочистители выпускают различных размеров, причем ширину захвата плугов в основном устанавливают в зависимости от ширины имеющихся в распоряжении машин-тягачей. Отвал должен быть минимум на 40 см шире габарита машины-тягача, чтобы ее колеса на кривых двигались по очищенной от снега проезжей части. Для тяжелых машин-тягачей максимальная ширина, согласно техническим правилам дорожного движения в ГДР, может быть 2,5 м. Навешиваемые на них плуги, таким образом, должны иметь ширину не менее 2,9 м. Более широкие плуги обычно не применяют, так как с ростом ширины увеличивается собственный вес, растет потребное тяговое усилие, уменьшается маневренность снегоуборочных машин. Толщина слоя снега, который можно убирать с помощью снегоочистителя, зависит от силы тяги машины-тягача, а также от конструкции корпуса плуга. Навесными двухотвальными плужными снегоочистителями убирают обычно слои снега большей толщины, чем соответствующими одноотвальными плужными снегоочистителями. Двухотвальные плужные снегоочистители в зависимости от размера отвала и свойств снега целесообразно применять при толщине слоя снега от 50 до 100 см. При использовании одноотвальных снегоочистителей максимальная толщина убираемого слоя снега находится в пределах 20—40 см. Рабочая скорость современных навесных плужных снегоочистителей составляет до 40 км/ч. [3]

Рисунок 1.4 Схематическое изображение рабочих органов снегоочистителей :

а — фрезерный; б — роторный; в — шнеко-роторный; г — фрезерно-роторный

При большой ширине полосы снегоочистки, например на автомагистралях, к навесным плужным снегоочистителям подсоединяют боковое крыло уширения с гидравлическим подъемным устройством. Боковое крыло уширения можно применять также для устранения снежных валов, образующихся при патрульной снегоочистке дорог. Это, однако, возможно только там, где на полотне дороги нет ни деревьев, ни столбов, которые препятствуют такой снегоочистке./4/

Для патрульной снегоочистки в основном применяют поворотные одноотвальные плужные снегоочистители; они экономичнее, чем двухотвальные. Одноотвальные плужные снегоочистители, в отличие от двухотвальных, при соответствующей высоте слоя все время могут работать полной шириной плуга. Двухотвальные снегоочистители только при первом проходе могут расчищать дорогу на полную ширину плуга. При последующих проходах двухотвальный снегоочиститель работает только одной стороной плуга.

Рисунок 1.5 Схематическое изображение предохранительных устройств плужных снегоочистителей;
а — установка срезного штифта на предохранительном устройстве откидного отвала; б — установка срезного штифта на предохранительном устройстве откидного ножа отвала; в — предохранительное устройство в виде подпружиненного ножа; г — пружинное предохранительное устройство откидного отвала; д — тросовое предохранительное устройство; е — пружинное предохранительное устройство для ножа с малым углом резания

Комбинированные плужные снегоочистители, которые в зависимости от условий могут быть использованы как двухотвальные или одноотвальные, изготовляют пока еще очень редко; для них не удается создать отвал оптимальной формы. Одноотвальные плужные снегоочистители используются для полной очистки дороги от снега (до поверхности покрытия), и вследствие этого они работают в условиях повышенной опасности (возможен наезд на препятствия, крышки коллекторов и др.). Такие снегоочистители обязательно оборудуются предохранительными устройствами. Для удаления рыхлого снега (а эта задача становится особенно актуальной при химическом способе борьбы с гололедом и зимней скользкостью на дорогах) оправдало себя применение вместо металлических ножей специальных ножей из резины или синтетического материала. Благодаря применению особо износостойких материалов достигается долговечность, в некоторых случаях более высокая, чем у износостойких сортов стали. [3]

Имеются также навесные плужные снегоочистители, у которых плужный отвал опирается на проезжую часть дороги через опорные колеса, которые при подъеме плуга поднимаются вместе с ним (рис.22). Благодаря этому кромка ножа из синтетического материала получает только незначительное усилие прижима к поверхности покрытия, и тем самым достигается повышенный срок службы отвалов. При уборке плотных слоев снега ножи из упругих материалов не устанавливают, так как они не обладают срезывающим действием, и плуги «всплывают» над слоем снега. Поэтому при уборке плотного снега пользуются сменными металлическими ножами.

Для предупреждения попадания удаляемого снега на стекла кабины водителя при снегоочистке с большой скоростью на плугах сверху устанавливают отражательные щитки. [4]

Рисунок 1.6 Пружинные предохранители одноотвального плуга

Установка плуга в рабочем и транспортном положении (подъем и опускание плуга) в настоящее время осуществляется исключительно из кабины водителя. У всех больших плугов применяются пневматические и гидравлические подъемные устройства с приводом от транспортной машины. Имеются плужные снегоочистители, у которых поворот плуга в плане осуществляется гидравлически. [3]

Однако это удорожает конструкцию и необходимые для этого затраты оправдываются только там, где из-за местных условий приходится часто менять угол установки плуга в плане.

Электрогидравлическое подъемное устройство показано на рис. 24. Масляный бак, мотор, насос и распределительное устройство объединены в одном блоке и установлены в кабине водителя или непосредственно на подъемном цилиндре. [4]

При использовании такого агрегата отпадает потребность в монтаже дополнительного оборудования на машине. Такие агрегаты применяются чаще всего на малых снегоочистителях.

Для навешивания плужного снегоочистителя в большинстве европейских стран используется установочная плита (унифицированная нормированная стальная плита). К этой плите привинчивают различные типы плужных снегоочистителей. [3]

Новыми являются так называемые устройства быстрой навески плуга, у которых плита машины и плита плуга соединяются вместе при помощи быстродействующего затвора. Это делается после того, как плита плуга посредством заранее соединенного подъемного устройства установлена на необходимую высоту навески. [4]

Рисунок 1.7 Подвеска навесного плуга снегоочистителя с опорным колесом

Роторные снегоочистители значительно сложнее и дороже плужных. Однако они необходимы для некоторых видов снегоочистительных работ.

Боковые валы, образующиеся при расчистке снега плужными снегоочистителями, являются причиной появления снежных заносов на проезжей части дороги. Поэтому при сильных снегопадах необходимо, убирая снег с дороги, удалить его за пределы дорожного полотна, по возможности широко распределив на некотором расстоянии от бровки дороги. Это можно сделать только роторными снегоочистителями. Под термином «роторные снегоочистители» понимают снегоочистительные машины, у которых транспортировка (выброс) снега происходит не как у плужного снегоочистителя только благодаря его движению вперед, а с использованием вращающегося рабочего органа. Дальность выброса снега у роторных снегоочистителей зависит от конструкции и числа оборотов ротора и колеблется между 5 и 30 м. [3]


Рисунок 1.8 Фрезерный снегоочиститель

Роторные снегоочистители с режущими лопастями имеют высокую производительность при мягком снеге, но для разработки плотного смерзшегося снега такой рабочий орган непригоден.

Рисунок 1.9 Рабочий орган роторного снегоочистителя с режущими лопастями

Навесное устройство и плита плуга с подъемным устройством одинаковы для двухотвального и одноот-валыюго плужного снегоочистителя, благодаря чему плуги одинаковых размеров при необходимости могут быть взаимно заменены. [4]

Корпус плуга соединен с установочной плитой плуга специальной (параллелограммной) системой подвесок. Блокируемое при транспортировке поворотное устройство позволяет плугу приспосабливаться к меняющимся уклонам проезжей части. Прикрепленный к плите машин плуг может быть поднят гидравлическим, а у легких плугов пневматическим подъемным устройством. Отвал плуга снабжен сменными ножами.

Рисунок 1.10 Фрезерно-роторный снегоочиститель

Машины-тягачи должны обеспечивать возможность установки навесного оборудования, например плуга массой от 500 до 800 кг. При необходимости иногда производят усиление рессор передней оси, заменяют комплект шин и уменьшают допустимую скорость движения. [4]

Чтобы придать машине-тягачу необходимое сцепление с проезжей частью и разгрузить переднюю ось при транспортном пробеге, тягач должен быть загружен приблизительно половиной полезной нагрузки. В качестве балласта выгодно применять песок и щебень; эти материалы при необходимости могут быть использованы как материалы для посыпки дорожной поверхности.

Для снегоочистительных машин, которые работают в трудных условиях, целесообразно обеспечить привод на все колеса, короткую базу тележки, количество шин на задней оси такое же, как и на передней с одинаковой шириной колеи. На всех колесах должны быть установлены цепи противоскольжения. Двигатель должен обеспечивать продолжительную работу на малых оборотах. [4]

Рисунок 1.11 Шнеко-роторный снегоочиститель

Для крепления плуга машина-тягач должна быть снабжена установочным устройством — плитой транспортного средства. Ее установочные размеры так же, как и основные размеры плиты плуга, определены стандартом TGL25518. Крепление плиты плуга к машине в зависимости от вида машины различно; при монтаже необходимо обратить внимание на соблюдение установочных размеров стандарта TGL25518 и надежность соединения плиты плуга с рамой машины.

Все применяемые службой зимнего содержания дорог машины для обеспечения безопасности движения и постоянной эксплуатационной готовности снабжаются следующими дополнительными устройствами, материалами и инвентарем: желтыми круговыми мигающими указателями поворота; запасным прожектором; буксировочной штангой; буксировочным тросом для уборки съехавших с проезжей части машин; цепями противоскольжения; песком для посыпки скользкой поверхности дороги; лопатой; запасным баком с топливом.

Рисунок 1.12 Малогабаритный снегоочиститель с ручным управлением

На рис. 27—31 показаны снегоочистители отбрасывающего действия с различными типами рабочих органов. Фрезерные снегоочистители особенно хороши для уборки твердого и обледеневшего снега. Однако производительность и дальность выброса у них меньше, чем у роторных снегоочистителей. [4]

Машины с комбинированными рабочими органами — шнеко-роторный снегоочиститель, фрезерно-роторный — могут применяться при всех видах снега и имеют большую дальность выброса. Но они сравнительно дороги.

Все типы снегоочистительных машин выпускаются различных модификаций. Большие машины мощностью до 300 и более лошадиных сил (иногда их делают на гусеничном ходу) применяются для очистки перевалов от снега и для снегоуборочных работ на аэродромах. При небольших объемах работ, когда снегоочистители большой мощности и производительности, применять нецелесообразно, используются обычно маленькие и средние снегоуборочные машины с мощностью привода от 30 до 150 л. е., которые частично устанавливаются или навешиваются на имеющиеся машины-тягачи. Эти машины должны быть оборудованы понижающей передачей для снижения рабочей скорости.

Рисунок 1.13 Одноотвальный снегоочиститель с отражательным щитком

Для удешевления снегоуборочных работ все больше и больше переходят к навесным машинам с приводом от вала отбора мощности. Эта тенденция проявляется особенно у созданных для удаления боковых снежных валов плужно-роторных снегоочистителей. Они в настоящее время выполняют большую часть работ, для которых раньше применялись средние и тяжелые машины.

Для уборки снега с автомобильных дорог в населенных пунктах, особенно для погрузки снега в автомобили, применяются снегоуборочные машины с ручным управлением.

Плужно-щеточное и плужное снегоочистительное оборудование устанавливается на автомобильных шасси, колесных и гусеничных тракторах, автогрейдерах и др. базовых тяговых средствах. Они разрабатывают свежевыпавший со скоростью до 40 км/ч и уплотненный снег толщиной 0,2-0,4 м с рабочей скоростью тягача [1, 4, 6].

Снегоочистители  сдвигающего действия бывают как одноотвальные, так и двухотвальные (рисунок 1.14.). Скоростные снегоочистителей являются одноотвальными. Различные схемы плужно-щеточных рабочих органов приведены на рисунке 1.15. отвалы снегоочистителей имеют жесткое крепление или возможность  фиксированного изменения угла установки в плане с  определенным шагом жесткими фиксаторами, а также бесступенчато  гидроцилиндрами управления. Дополнительным оборудованием являются боковые открылки, увеличивающие ширину захвата снегоочистителя, опорные устройства в виде стальной лыжи или опорных колес, позволяющих отвалу копировать рельеф дороги при плавающем положении гидроцилиндров подъема, механизм изменения углов резания и наклона отвала в вертикальной плоскости в соответствии с изменением прочности и плотности снега [1, 3, 4, 7].

 

а – одноотвальный на автомобиле или колесном тракторе; б – одноотвальный скоростной с дополнительным открылком; в – плужно – щеточный; г – двухотвальный тракторный

Рисунок 1.14 – Схемы плужных снегоочистителей.

а – дополнительные плужки по бокам щетки; б – дополнительный отвал у конца щетки; в – боковой изгиб ворса; г – газодинамический поддув струи.

Рисунок 1.15 – Схемы плужно – щеточных рабочих органов с интенсифицирующим устройством.

Схемы отвальных рабочих органов, позволяющих обеспечить их технологическую интенсификацию, приведены на рисунке 1.3. Отвалы снегоочистителей обеспечиваются предохранительными системами, предотвращающими поломку снегоочистительного оборудования. Предохранительное устройство уменьшает динамическую нагрузку на рабочее оборудование снегоочистителя при наезде отвалом на непреодолимое препятствие (бордюрный камень, крышку канализационного люка и др.)

Шнекороторный снегоочиститель КО-605-М («Севдормаш») смонтирован на базе шасси автомобиля «Урал-43203» (рисунок 1.15). Основными частями снегоочистителя являются: шнекороторный рабочий орган; подвеска рабочего органа; базовое шасси (без двигателя); силовая установка (двигатель с системами охлаждения и подогрева, питания, воздухоочистки и выпуска газов); трансмиссия привода рабочего органа и ходовой части шасси, состоящая из понижающего редуктора, раздаточного редуктора и карданной передачи; надрамник; капот; гидросистема; электрооборудование; установка запасного колеса, противовеса и механизмы управления. Раздаточный редуктор обеспечивает при снегоочистке движение снегоочистителя на рабочих (пониженных) скоростях и вращение шнеков и ротора рабочего органа; при переездах – транспортные скорости и отключение шнеков и ротора [4, 10].

 

1- шнекороторное снегоочистительное оборудование; 2-рама подвески рабочего оборудования; 3-гидроцилиндры подъема и опускания снегоочистительного оборудования; 4-трансмиссия привода рабочих органов (ротора, шнеков); 5-шасси автомобиля; 6-кабина; 7-двигатель; 8-подрамник; 9-капот; 10-установка противовеса; 11-запасное колесо; 12-лесенка съемная (транспортное и рабочее положение).

Рисунок 1.16 - Шнекороторный снегоочиститель КО-605 («Севдормаш»).

Двигатель расположен в загрузочной части шасси автомобиля, закреплен на надрамнике и закрыт металлическим капотом. Вал сцепления двигателя соединен карданным валом с ведущим валом понижающего редуктора, второй вал которого двумя карданными валами с промежуточной опорой соединен с ведущим валом раздаточного редуктора. От ведущего вала раздаточного редуктора осуществлен привод насоса гидроусилителя рулевого управления шасси и насоса гидросистемы. От среднего выходного вала раздаточного редуктора через карданный вал и сцепление у коробки передач осуществлен привод ходовой части шасси. Нижний вал раздаточного редуктора соединен карданным валом с коническим редуктором рабочего органа. На ведущем валу редуктора рабочего органа посажен ротор, а ведомый вал через карданный вал и цепную передачу передает вращение шнеком [4].

Рабочий орган при помощи подвески крепится спереди к лонжеронам шасси. Гидроцилиндры подвески обеспечивают подъем и опускание рабочего органа. Поворот кожуха ротора гидравлический. При опущенном (рабочем) положении рабочий орган катками опирается на очищаемую поверхность, в поднятом положении он фиксируется механическими крюками. При движении снегоочистителя вперед вращающиеся шнеки рабочего органа отделяют снег от снежного массива и подают его к середине рабочего органа, где находится приемное отверстие ротора [3, 10].

Через приемное отверстие снег поступает в полость кожуха ротора, захватывается вращающимися лопатками ротора, которые выбрасывают его через направляющий патрубок кожуха ротора. Направление и угол выброса снега изменяются поворотом кожуха ротора с помощью гидроцилиндра [1, 4].

Для погрузки снега в транспортные средства пред усмотрен погрузочный желоб, который устанавливается на направляющий патрубок кожуха ротора. Погрузка осуществляются справа по ходу снегоочистителя. Для ограничения дальности отброса снега при работе вблизи от объектов имеется съемный насадок, который устанавливается на кожух ротора. Рабочий орган (рисунок 1.16) снегоочистителя разрушает снежный массив и отбрасывает снег с очищаемый поверхности в сторону. При установке желоба обеспечивается погрузка снега в транспортные средства [4, 10].

 

1-корпус; 2-опоры шнеков; 3-ротор; 4-нижний нож; 5-шнек; 6-предохранительная муфта; 7-карданный вал; 8-редуктор; 9-гидроцилиндр поворота кожуха ротора; 10-боковые ножи; 11-верхние ножи; 12-опорный каток; 13-кожух ротора.

Рисунок 1.17 - Шнекороторное снегоочистительное оборудование снегоочистителя КО-605М.

Корпус рабочего органа сварной, состоит из лобового листа, правой и левой боковин. Левая боковина является одновременно картером цепной передачи. Между листом и задними уголками установлен кожух, в котором размещается ротор. Боковины и лобовой лист корпуса образуют открытую спереди коробку, в которой горизонтально, один под другим, размещены два шнека, установленные в опорах. Опоры шнеков крепятся к боковинам корпуса. В центре лобового листа корпуса расположено отверстие для поступления снега от шнеков к ротору. К нижней части лобового листа прикреплены болтами с потайной головкой четыре нижних ножа, служащих для подрезания снега с очищаемой поверхности. Ножи выполнены с двусторонней заточкой, что позволяет переставлять их при затуплении. Опорами для рабочего органа являются катки. Для обеспечения отброса снега в разные стороны и изменения угла выброса струи кожух выполнен поворотным цилиндром. Для подрезания стенок забоя к боковинам корпуса крепятся боковые ножи, а для подрезания и обрушивания верхнего слоя снега при работе в забое, превышающем высоту рабочего органа, - верхние ножи [10].

Редуктор рабочего органа предназначен для передачи крутящего момента к ротору и шнекам. Он установлен непосредственно за кожухом ротора. Редуктор соединен карданным валом с предохранительной муфтой шнеков. Редуктор рабочего органа состоит из корпуса (рисунок 1.17), в котором смонтированы два вала с коническими шестернями. На передний конец вала на подшипниковой втулке посажен ротор. Крутящий момент от вала на ротор передается через муфту предельного момента с двумя срезными пальцами. Вал привода шнеков  вращается в конических подшипниках, смонтированных в стакане [10].

Ротор  предназначен для отбрасывания снега, поданного шнеками, в полость кожуха ротора. Ротор имеет вид турбинного колеса. Лопасти ротора, расположенные по периферии, сварены с передним и задним кольцами ротора. К заднему кольцу приварен конус, вершина которого находится в центре переднего кольца ротора. Внутри конуса вварена ступица, предназначенная для посадки ротора на вал редуктора рабочего органа. Ротор заключен в кожух, имеющий патрубок для выброса снега.  Диаметр ротора 1020 мм, количество лопастей 12, частота вращения ротора при номинальных оборотах вала двигателя 400 об/мин [6, 10].

Кожух ротора состоит из двух разъемных частей. При помощи втулки, которая крепится болтами к обечайке и патрубку, кожух посажен на крышку редуктора и может поворачиваться относительно этой  крышки. В заднюю стенку кожуха вварен палец для присоединения головки штока гидроцилиндра поворота кожуха, а к стенкам патрубка приватные уголки для закрепления погрузочного желоба или насадка. Опорные катки служат для обеспечения требуемого положения рабочего органа относительно очищаемой поверхности и передвижения рабочего органа по очищаемой  поверхности в процессе работы [4, 10].

Шнеки предназначены для разработки и подачи снега к ротору. Шнеки взаимозаменяемы и устанавливаются в передней части рабочего органа перед лобовым листом. Витки левой  половины шнеков имеют правое направление спирали, а витки правой половины – левое. Витки по периферии имеют наплавку износостойкого сплава. Диаметр шнека по виткам 530мм, шаг витка 450мм. Частота вращения шнеков при номинальных оборотах вала двигателя 290об/мин. Шнек представляет собой сварную конструкцию из трубы, двух фланцев и витков. Для обеспечения прочности концевые витки приварены к стальным кронштейнам. Шнеки вращаются в сферических подшипниках, установленных в корпусах. При монтаже шнеки устанавливаются так, чтобы правые и левые концевые кронштейны верхнего шнека располагались под углом 180 по отношению к одноименным кронштейнам нижнего шнека. Это обеспечивает взаимную компенсацию дисбаланса шнеков [10].

Цепная передача предназначена для передачи крутящего момента на шнеки и состоит из ведущей и натяжной звездочек, двух звездочек шнеков, отклоняющей звездочки и двухрядной цепи. Передаточное число передачи, 1,39. Цепная передача закрыта крышкой. Натяжная звездочка монтируется на внутренней  стенке левой боковины корпуса рабочего органа. Отклоняющая звездочка монтируется на внутренней стенке левой боковины корпуса рабочего органа. Звездочка вращается на двух радиальных подшипниках и зафиксирована от осевого смещения стопорными кольцами. На левой боковине корпуса рабочего органа установлена предохранительная муфта гнев, которая рабочего органа установлена предохранительная муфта шнеков, которая объединена с ведущей звездочкой цепной передачи. Фланец и полумуфта соединены между собой срезным пальцем, который срезается при превышении допустимого крутящего момента, разъединяя кинематическую цепь между редуктором рабочего органа и цепной передачи, предохраняет цепь от разрушения, а шнеки от повреждения [10].

Подвеска рабочего органа предназначена для подвижного соединения рабочего органа с рамой шасси и передачи усилия от рабочего органа на шасси во время работы снегоочистителя.  Подвеска обеспечивает установку рабочего органа в рабочем и транспортном положениях, фиксацию в транспортном положении и состоит из рамы, двух рычагов (талрепов), подрамник, двух гидроцилиндров подъема рабочего органа и фиксирующего устройства. Сварная рама образует жесткое соединение.  Продольные балки рамы соединены поперечинами. В задней части рама имеет две пары проушин, которыми она прикрепляется пальцами к кронштейнам.  Кронштейны крепятся к плитам, которые стремянками закреплены на раме шасси. Для смягчения возможных ударов переднего моста шасси  о раму подвески при транспортном пробеге на раме установлены резиновые амортизаторы. На верхней поперечине рамы имеются проушины для крепления гидроцилиндров. В передней части продольных балок приварены проушины для фиксации рабочего органа в поднятом положении. Фиксирующее устройство состоит из двух крюков, жестко соединенных общей осью,  двух пружин и тросика управления [1, 4].

Надрамник служит для крепления силовой установки и других агрегатов снегоочистителя и крепится к раме шасси стремянками. Между рамой шасси и надрамником проложены деревянные бруски. По контуру  надрамника расположены площадки для удобства обслуживания силовой установки. Капот предназначен для защиты оборудования, установленного на надрамнике, от осадков и отбрасываемого снега во время работы снегоочистителя, а также для обеспечения требуемого теплового режима работы двигателя.  Для подъема  на площадку используется съемная лесенка [4].

Силовая установка состоит: из двигателя, систем питания, смазки,  охлаждения  и подогрева, воздухоочистки и выпуска газов. На снегоочистителе КО-605М установлен двигатель ЯМЗ-238Б дизельный, четырехтактный, с воспламенением от сжатия, восьми цилиндровый, V-образный с газотурбинным наддувом. Номинальная мощность двигателя 220,6 кВт (300 л. с.), частота вращения номинальной мощности 2000 об/мин. На снегоочистителе КО-605-1М установлен двигатель ЯМЗ-238М2 без газотурбинного наддува номинальной мощностью 176кВт (240 л. с.) при частоте вращения 2100 об/мин. Двигатель установлен на трех эластичных опорах: передней и двух задних (левой и правой). Кронштейн передней опоры двигателя через подушку, амортизатор и скобу соединен с балкой, которая закреплена болтами на боковых  кронштейнах надрамника [10].

Система питания включает: топливоподкачивающий насос,  фильтр тонкой очистки топлива,  топливный насос высокого давления с регулятором,  форсунки и топливопроводы, топливный бак и фильтр грубой очистки топлива базового автомобиля, топливопроводы, топливную систему подогревателя. Ситуация охлаждения и подогрева двигателя состоит из системы охлаждения двигателя, предпускового подогревателя, системы охлаждения компрессора. К системе охлаждения подсоединен жидкостный отопитель кабины базового шасси. На снегоочистителе установлен предпусковой подогреватель ПЖД-30Г базового шасси, работающий на дизельном топливе. Система смазки двигателя смешанная с мокрым катером. Для охлаждения масла имеются радиаторы. На машине КО-605М с двигателем ЯМЗ-238Б установлено два радиатора,  на КО-605-1М с двигателем ЯМЗ-238М2 – один радиатор.  Система воздухоочистки включает: на снегоочистителе КО-605М два воздушных фильтра, на снегоочистителе КО-605-1М один воздушный фильтр.  Система выпуска газов предназначена для отвода отработавших газов и снижения шума выпуска и состоит из отводных труб, глушителя и выпускной трубы [10].

Механизм отбора мощности двигателя предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к рабочему органу и ходовой части базового шасси. Он состоит из понижающего редуктора, раздаточного редуктора; сцепления с коробкой передач, карданной передачи,  промежуточной опоры, редуктора рабочего органа и цепной передачи. Крутящий момент от механизма отбора мощности двигателя карданными валами через понижающий редуктор передается на раздаточный редуктор, который имеет два выходных вала. Одним валом через карданный вал крутящий момент передается на редуктор рабочего органа, который распределяет его на ротор и шнеки. Другим валом через карданный вал, сцепление и коробку передач крутящий момент передается на раздаточную коробку, которая распределяет его между передним, средним и задним мостами. Сцепление (с доработкой), коробка передач, раздаточная коробка, мосты и соединяющие их карданный валы относятся к трансмиссии шасси [1, 4].

Снегоочистительное оборудование монтируется на шасси автомобиля, на котором демонтирован автомобильный двигатель со всеми системами; доработано сцепление трансмиссии; изменена установка насоса гидроусилителя руля; доработана рама; усилены передние рессоры; доработана кабина и электрооборудование. Для привода ходовой части и рабочего оборудования снегоочистителя служит один более мощный двигатель, установленный на надрамнике за кабиной водителя.  Двигатель базового шасси демонтирован. Для разгрузки переднего моста снегоочистителя, который при поднятом рабочем органе максимально нагружен, на машине установлен противовес.  Противовес расположен в задней части между продольными балками  надрамника и лонжеронами рамы автомобиля и зафиксирован от продольных перемещений. На снегоочистителе имеется заднее вертикальное расположение запасного колеса с приводом от лебедки с червячным механизмом. Запасное колесо расположено позади машины и является дополнительным противовесом. При эксплуатации снегоочистителя оно должно находиться на месте. Для дополнительного обогрева кабины при низкой температуре наружного воздуха и необходимости обогрева кабины при неработающем двигателе на снегоочистителя установлена независимая отопительная установка 030-0010-20 производительностью 3000 Ккал/ч (расход топлива 0,6 л/ч) с напряжением электропитания 24 В [1, 4, 11].

Гидросистема включает гидроцилиндры, предназначенные для подъема и опускания рабочего органа и поворота кожуха ротора, клапаны, штуцеры, распределители, манометр, фильтры, насосы, бак, запорные муфты, монтажные плиты и др. элементы. Для предохранения штока от изгибающих нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации,  в проушине цилиндра и головке штока установлены шарнирные подшипники.  Рабочая жидкость подводится к цилиндру и отводится от него через резьбовые отверстия в корпусе цилиндра. Конструкция цилиндра обеспечивает автоматическое запирание поршня со штоком в крайнем верхнем положении, т. е. когда рабочий орган поднят в транспортное положение. Запирание поршня осуществляется шариковым фиксирующим устройством [10, 11].

Погрузочный желоб  и насадок обеспечивают возможность погрузки убираемого снега в транспортные средства или укладки его в валик на обочину дороги. В комплект снегоочистителя включен погрузочный желоб и насадок для ограничения дальности отброса.  Погрузочный желоб состоит из секций, козырька и тяг.  Секции соединяются друг с другом болтами с гайками, шайбами плоскими и пружинными и устанавливаются на выбросной патрубок кожуха ротора с креплением такими же деталями. Козырек, установленный на верхнюю секцию, имеет паз, который позволяет производить поворот козырька и регулировать направление струи снега. Тяги, состоящие из двух полутяг, служат для соединения верхней секции с корпусом рабочего органа и создают устойчивое положение желоба. Насадок, устанавливаемый на выбросной патрубок кожуха ротора, служит для уменьшения дальности отброса снега, когда это обусловлено технологическим процессом очистки. Механизмы управления снегоочистителя состоят из механизмов управления,  контрольно-измерительных приборов базового автомобиля и дополнительных механизмов управления, обеспечивающих работу снегоочистителя,  устройство и работа которых приведены в данном разделе.  На снегоочистителе дополнительно к приборам освещения и сигнализации шасси установлены: фара-прожектор, две противотуманные фары, световозвращатели, проблесковый маячок [4, 10, 11] .

1.2 Результаты патентных исследований по снегоуборочным машинам

Изобретение относится к коммунальному хозяйству и может быть использовано для уборки снега. Снегоуборочная машина содержит базовое шасси с установленным на нем заборным органом, транспортером и бункером с загрузочным окном. Внутри бункера установлен полый вал с лопатками и в нижней части размещены четыре прессовальные камеры с прессовальными механизмами, которые состоят из плунжеров, соединенных со своими приводами перемещения. Плунжеры выполнены таким образом, что в процессе прессования снега перекрывают своей верхней гранью отверстие, через которое снег попадает из бункера в прессовальную камеру. Технический результат - повышение производительности уборки снега.

Изобретение относится к устройствам для подбора снега и отбрасывания его в сторону или погрузки его в транспортное средство.

Известно устройство для уборки снега, состоящие из заборного органа и механизма транспортирования, например, механическим или пневматическим способами в кузов транспортного средства или отбрасывания в сторону.

Однако данные устройства обеспечивают отбрасывание снежной массы в сторону только в разрыхленном виде. Следовательно, существующие устройства не позволяют предотвратить обратного наметания снега ветром на дорогу, таким образом, их производительность и эффективность очень низка. Выдача снежных брикетов происходит с большими перерывами.

Известна снегоуборочная машина, содержащая базовое шасси с установленными на нем заборным органом, транспортером и снабженным загрузочным окном бункером, в нижней части которого размещена прессовальная камера с торцовой стенкой и прессовальным механизмом, включающим плунжер с приводом перемещения, а также механизм выдачи снежных брикетов.

Указанная машина хотя и позволяет производить уплотнение снега перед погрузкой на транспортное средство, однако она обладает недостаточной производительностью, т.к. процесс выдачи брикетов происходит с большими перерывами. Кроме того, данная машина обладает недостаточной эффективностью прессования. Не предусмотрена система сброса крупных камней и другого негабарита, которые при попадании в прессовальный механизм могут вывести его из строя. Кроме того, наличие различных механизмов прессования и механизмов открытия-закрытия загрузочного отверстия излишне усложняет конструкцию машины. Также недостатком указанной машины является то, что грязный снег может попасть по зазору между плунжером и стенками прессовальной камеры в полость, где находятся гидроцилиндры, приводящие в действие плунжер, что приводит к быстрому износу гидроцилиндра и плунжера.

Предлагаемая снегоуборочная машина позволит решить задачу расчистки от снега автомобильных дорог, находящихся на открытых пространствах, обдуваемых сильными ветрами.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении производительности процесса уборки снега.

Указанный технический результат достигается тем, что снегоуборочная машина содержит базовое шасси с установленными на нем заборным органом, транспортером и снабженным загрузочным окном бункером, внутри которого установлен полый вал с лопатками, а в нижней части размещены четыре прессовальные камеры, снабженные прессовальными механизмами, состоящими из плунжеров, соединенных со своими приводами перемещения. Указанные плунжеры выполнены таким образом, что в процессе прессования снега своей верхней гранью они перекрывают отверстие, через которое снег попадает из бункера в прессовальную камеру. Кроме того, полый вал дополнительно содержит рыхлительные зубья и ножи. Для обеспечения внесения теплоносителя в снежную массу полый вал выполнен с отверстиями. Для исключения попадания негабарита (камни, ледовые куски) в прессовальную камеру над загрузочным окном бункера расположена решетка.

Рисунок 1. Снегоуборочная машина

1-базовое шасси; 2- заборный орган; 3- транспортер; 4- бункер; 5- решетка; 6- полый вал; 7-отверстие; 8-лопасть; 9-рыхлительные зубья; 10-ножи; 11-привод; 12-воздуховод; 13-прессовальные камеры; 14-торцовые стенки; 15-гидроцилиндр; 16-плунжер; 17-телескопические гидроцилиндры; 18-снежные брикеты; 19-трап; 20-резиновый уплотнитель.

Машина работает следующим образом: Захватываемая заборным органом 2 снежная масса подается по транспортеру 3 и сбрасывается в окно бункера 4, при этом установленная в загрузочном окне бункера 4 решетка 5 позволяет исключить попадание негабарита (камни, ледовые куски) в прессовальную камеру 13. Затем снег, попавший в бункер 4, распределяется по всей его ширине лопастями 8 и дополнительно разрыхляется зубьями 9 и ножами 10 с одновременным увлажнением путем подачи горячего воздуха или выхлопных газов по воздуховоду 12 в полый вал 6 через отверстия 7, где воздействует на снежную массу, разогревая и увлажняя ее. Очередность подачи снега в ту или иную прессовальную камеру 13 определяется попеременным движением плунжеров 16. Попеременное поступление снега в одну или другую прессовальную камеру обеспечивает непрерывность загрузки снега. При движении одного из плунжеров 16 в сторону стенки 14 он перемещает порцию снега и прессует ее в конце рабочего хода, причем верхняя грань плунжера закрывает отверстие, через которое снег попадает из бункера 4 в прессовальную камеру 13. По достижении определенного усилия давления на снег торцевая стенка 14 открывается, приводимая в действие гидроцилиндром 15, и телескопический гидроцилиндр 17 выталкивает снежный брикет 18 наружу, а затем телескопический гидроцилиндр 17 реверсируется и плунжер 16 отводится в исходное положение. В то время как первый плунжер отводится в исходное положение, второй плунжер выталкивает снежный брикет 18 наружу, третий плунжер производит прессование снега, а четвертый плунжер находится в исходном положении, позволяя заполнять снегом прессовальную камеру. После того как снежный брикет был вытолкнут наружу плунжером, он попадает на трап 19 и по трапу соскальзывает в сторону, торцевая стенка 14 закрывается. Такая схема работы плунжеров позволяет машине непрерывно выдавать снежные брикеты 18. Четвертый плунжер начинает движение только после того, как первый плунжер достигает исходного положения.

Полученные снежные брикеты можно использовать для устройства снежно-ледовых дорог, аэродромов. Также можно использовать брикеты для создания дорожных ограждений и ограждений, препятствующих наметанию нового снега на дорогу. Можно использовать снежные брикеты для создания снежных городков и снежных горок. Также в снег можно добавлять краситель и брикеты использовать для разметки дорог в зимнее время года.

Источники информации 1. А.С. 1260429, Е 01 Н 5/00, опубл. 30.09.86.

2. А.С. 1063310, Е 01 Н 5/06, опубл. 30.12.83 (прототип).

Формула изобретения

1. Снегоуборочная машина, содержащая базовое шасси с установленным на нем заборным органом, транспортером и снабженным загрузочным окном бункером, внутри которого установлен полый вал с лопатками, а в нижней части размещены четыре прессовальные камеры, снабженные прессовальными механизмами, состоящими из плунжеров, соединенных со своими приводами перемещения, при этом указанные плунжеры выполнены таким образом, что в процессе прессования снега своей верхней гранью они перекрывают отверстие, через которое снег попадает из бункера в прессовальную камеру.

2. Снегоуборочная машина по п.1, отличающаяся тем, что полый вал дополнительно имеет рыхлительные зубья и ножи.

3. Снегоуборочная машина, отличающаяся тем, что для обеспечения возможности внесения теплоносителя в снежную массу полый вал выполнен с отверстиями.

4. Снегоуборочная машина по п.1, отличающаяся тем, что над загрузочным окном бункера расположена решетка.

Изобретение относится к дорожно-строительному и коммунальному машиностроению. Машина содержит установленные на автогрейдерном шасси (1) плужный снегоочиститель (15), установленный впереди машины, и плужно-роторный снегоочиститель (8), установленный между осями шасси и закрепленный на поворотном круге (3) тяговой рамы с возможностью поворота в плане, подъема и перекоса в вертикальной плоскости и выноса относительно оси шасси. Изобретение позволяет повысить эффективность уборки. 3 ил.

Изобретение относится к дорожно-строительному и коммунальному машиностроению, в частности, к устройствам для очистки автодорог, аэродромов и объектов городов и населенных пунктов от снега.

Известна тротуароуборочная машина КО-718 на базе колесного трактора Т-25А, включающая колесный трактор и снегоочистительное оборудование плужно-роторного типа, состоящее из двух роторов, подача снега к которым осуществляется с двух сторон плужками, установленными под углом в плане, и направляющего устройства в виде желоба с двумя выходными отверстиями. Вращение роторов обеспечивается карданным валом от вала отбора мощности трактора. Снегоуборочное оборудование навешивается на рамке впереди трактора и может подниматься и опускаться гидроцилиндром.

Недостатками указанной машины является небольшая ширина и высота захвата у рабочего оборудования и невозможность загрузки снега в транспортное средство, отсутствие переднего плужного снегоочистителя.

Основными недостатками работы указанной конструкции является небольшая ширина захвата у рабочего оборудования, использование автомобильного, а не автогрейдерного шасси, отсутствие переднего плужного снегоочистителя. Кроме того, при большой высоте снега плужные снегоочистители, исходя из их конструкции, не могут выбрасывать снег далеко за дорожное полотно. Снег образует по краям валы и во время уборки падает частично на дорогу назад, из-за чего проезжая часть становится все уже, а движение транспорта затруднительным и опасным.

Известна снегоуборочная машина, содержащая установленные на автогрейдерном шасси плужный и плужно-роторный рабочий органы (а.с. СССР N 922224, E 01 H 5/09, 23.04.82).

Машина обладает низкой эффективностью.

Изобретение решает техническую задачу, касающуюся повышения эффективности процесса уборки. Поставленная задача достигается тем, что в снегоуборочной машине на автогрейдерном шасси установлены плужный и плужно-роторный снегоочистители. Плужный снегоочиститель установлен впереди машины. Плужно-роторный снегоочиститель установлен между осями шасси и закреплен на поворотном круге тяговой рамы с возможностью поворота в плане, подъема и перекоса в вертикальной плоскости и выноса относительно оси шасси.

Наличие такого комплекта снегоочистительного оборудования значительно расширяет возможности автогрейдера. Подвеска плужно-роторного рабочего органа на тяговой раме с поворотным кругом позволяет манипулировать им, выдвигая его в сторону, поворачивая в плане в ту или другую сторону, поднимая, опуская и перекашивая его. Установка плужного снегоочистителя впереди машины и поворот хребтовой рамы за счет вертикального шарнира позволяет увеличить ширину захвата при очистке автодорог от снега до величин, равных ширине проезжей части магистральных дорог. Автодороги очищаются от снега за один проход с перемещением снега не на обочину, а на значительное расстояние от дороги за счет метания. Кроме того, плужно-роторным снегоочистителем можно загружать транспортные средства и увозить снег в места сброса.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общая схема машины, вид сбоку

Рисунок 1- Общая схема машины, вид сбоку

1-базовое автогрейдерное шасси; 2-тяговая рамка; 3-поворотный круг; 4-механизм поворота круга; 5-гидроцилиндр; 6-шарнир рамы; 7-гидроцилиндр; 8-ротор; 9-кожуха ротора; 10-загрузочная устройства снега; 11-привод ротора; 12-подающий плуг; 13-направляющая устройства; 14-гидроцилиндр подъема рабочего органа; 15-плужный снегочиститель; 16-шарнир поворота плужного снегочистителя; 17-замыкающая тяга; 18-гидроцилиндр; 19-отбойник; 20-козырек

Рисунок 2 - общая схема машины, вид сверху

1-базовое автогрейдерное шасси; 2-тяговая рамка; 3-поворотный круг; 4-механизм поворота круга; 5-гидроцилиндр; 6-шарнир рамы; 7-гидроцилиндр; 8-ротор; 9-кожуха ротора; 10-загрузочная устройства снега; 11-привод ротора; 12-подающий плуг; 13-направляющая устройства; 14-гидроцилиндр подъема рабочего органа; 15-плужный снегочиститель; 16-шарнир поворота плужного снегочистителя; 17-замыкающая тяга; 18-гидроцилиндр; 19-отбойник; 20-козырек

Рисунок 3. Общая схема машины, вид спереди.

1-базовое автогрейдерное шасси; 2-тяговая рамка; 3-поворотный круг; 4-механизм поворота круга; 5-гидроцилиндр; 6-шарнир рамы; 7-гидроцилиндр; 8-ротор; 9-кожуха ротора; 10-загрузочная устройства снега; 11-привод ротора; 12-подающий плуг; 13-направляющая устройства; 14-гидроцилиндр подъема рабочего органа; 15-плужный снегочиститель; 16-шарнир поворота плужного снегочистителя; 17-замыкающая тяга; 18-гидроцилиндр; 19-отбойник; 20-козырек

Снегоуборочная машина с комбинированным снегоочистительным оборудованием работает следующим образом.

Снегоочистительное оборудование навешивается на автогрейдерное шасси 1.

Уборка снега осуществляется тремя рабочими органами: плужным снегоочистителем, установленным под углом в плане впереди машины, ротором и одним или двумя подающими снег в ротор плугами. При небольшой высоте снежного покрова уборка осуществляется одним передним плужным снегоочистителем. Если же высота снежного покрова достигает значительных величин, то в работу включается плужно-роторный снегоочиститель или же все рабочие органы одновременно. Так как патрульная уборка автодорог при больших снегопадах должна производиться на значительных скоростях, то нижние кромки плужного и плужно-роторного снегоочистителей выполнены из износостойкой резины, прикрепленной к отвалу. В противном случае, при таких скоростях уборки поломка рабочих органов при встрече с крупным непреодолимым препятствием неизбежна. На малых скоростях и при уборке слежавшегося уплотненного снега устанавливаются металлические ножи. Во время уборки всеми орудиями одновременно гидроцилиндром 7 хребтовая рама вместе с плужным снегоочистителем 15 смещается в плане вправо или влево относительно задней тележки автогрейдерного шасси 1.

Плужно-роторный снегоочиститель с помощью гидроцилиндров подъема 14 гидроцилиндра выноса 5 тяговой рамы и механизма поворота 4 в плане устанавливается в положение, когда валик снега после прохождения плужного снегоочистителя 15 попадает в створ между падающими плугами 12 плужно-роторного снегоочистителя. Снег плугами подается в ротор, при вращении лопаток которого отбрасывается через направляющее устройство за пределы автодороги, улицы и др. объектов. Привод 11 ротора осуществляется гидромотором.

Плужно-роторный рабочий орган выносится вправо или влево от оси машины в зависимости от поворота хребтовой рамы с плужным снегоочистителем в плане, при котором валик снега образуется справа или слева от оси переднего моста. При этом за короткое время переставляются передний плужный и плужно-роторный снегоочиститель в ту или другую сторону за счет быстросъемных тяг.

При загрузке снега в транспортное средство на плужно-роторный снегоочиститель вместо направляющего устройства 13 устанавливается загрузочное устройство 10, представляющее из себя высокий желоб, изогнутый таким образом, чтобы снег отбрасывался под определенным углом в кузов транспортного средства.

Для того, чтобы загрузка кузова автомобиля-самосвала могла производиться с любой стороны, загрузочное устройство 10 поворачивается вокруг своей оси на фланце крепления его к кожуху 9 ротора 8.

Кроме того, загрузочное устройство имеет заслонку, которой регулируется количество выбрасываемого снега в кузов транспортного средства.

Формула изобретения

Снегоуборочная машина, содержащая установленные на автогрейдерном шасси плужный и плужно-роторный снегоочистители, отличающаяся тем, что плужный снегоочиститель установлен впереди машины, а плужно-роторный - между осями шасси и закреплен на поворотном круге тяговой рамы с возможностью поворота в плане, подъема и перекоса в вертикальной плоскости и выноса относительно оси шасси.

1.3 Способы и машины для растапливания снега

Содержание и уборка городских улиц является важным фактором нормального функционирования любого города. Особенно зимой коммунальное хозяйство города начинает испытывать максимальные нагрузки, связанные с уборкой снега и льда. Удаление снежных валов, образующихся в результате расчистки проезжей части, наиболее трудоёмкая работа, которая требует особой оперативности и огромных технических и материальных средств. При расчистке дорог мобилизуется  огромное количество транспортных и специальных средств, энергетических ресурсов, из-за которых нарушается движение транспорта.

При зимнем содержании используют снегоочистители, снегопогрузчики льдоскалыватели и другую специальную технику. Снег увозят на сухие снегосвалки, сбрасывают в водоёмы, растапливают в стационарных плавильных камерах. Известна снеготаялка на основе мобильного смесителя для ремонта дорожных покрытий литой асфальтобетонной смесью. Снеготаялка состоит из транспортной обогреваемой ёмкости с реверсивным смесителем, загрузочным люком и выгрузным приспособлением для слива очищенной от посторонних примесей талой воды.

С целью уменьшения транспортных средств и повышения производительности работ уборки и вывоза снега предлагается конструкция машины для растапливания снега на базе автогудронатора. Система подогрева  автогудронатора состоит   из теплоизолированной цистерны и установленных внутри неё жаровых труб на фланцах которых, установлены стационарные горелки обеспечивающие подогрев материала до 200°С, что позволяет растапливать снег погружая его в цистерну. На автогудронаторе необходимо установить загрузочный бункер, на выгрузном отверстии фильтр и рукав для слива талой воды. Цистерну нагревают до  эффективной температуры таяния, затем загружают снежно-ледянную массу в нагретую ёмкость, плавят её и полученную воду используют для технических нужд либо сливают в водосточную сеть или хозяйственно-фекальную канализацию.

При уборке проезжих частей г. Караганды в тендеме со снегопогрузчиком работают автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Для бесперебойной работы, один снегопогрузчик обслуживают 3-5 автосамосвалов.

Погружая снег в автогудронатор и растапливая его можно значительно сократить количество автосамосвалов. Средняя плотность снега составляет 450 кг/м³, а вместимость цистерны автогудронатора 7500-8000 л, таким образом,  один автогудронатор растапливает около 17 м³ снега превращая его в воду. Время растапливания и количество топлива необходимого для этой операции определим из теплового расчета автогудронатора.

Тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

– природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

– режим движения жидкости;

– физические свойства жидкостей;

 форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью.

Поэтому необходимо принять допущения:

– теплообмен происходит теплопроводностью;

– режим теплообмена – стационарный;

– температура сгорания топлива является постоянной.

Тепловой расчет необходим для определения количества топлива необходимого для расплавления данного объема снежно ледяной массы и времени необходимого на эту операцию, эти цифры необходимы для расчета экономической эффективности машины.

Массу топлива определяем по формуле:

 , кг,         (1)

где − масса топлива, кг;

Q − количество теплоты необходимое для растапливания данного объема снежно - ледяной массы, Дж;

− теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Для нахождения времени необходимого на один цикл составляем уравнение теплового баланса с учетом тепловых потерь через стенки емкости, уравнение будет выглядеть так:

                                  (2)

     

где  − теплоемкость снега, Дж/кгград;

− масса снега, кг;

− температура снега при загрузке, град;

− температура окружающей среды, град;

− удельная теплота фазового перехода снег вода, Дж/кг;

, − соответственно толщина внутренней и наружной стенок емкости, м;

,− соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК);

− время цикла, c;

− внутренняя площадь стенок емкости, м²;

− длина жаровых труб, м;

− коэффициент теплопроводности стенок жаровых труб, Вт/(мК);

− температура горения топлива, град;

− внутренний и наружный диаметр жаровых труб, м;

Из формулы (2) получим:

,с (3)

Количество теплоты необходимое для расплавления данной массы снега определим по формуле:

   

                                     (4)

Результаты расчетов по полученным формулам сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Сравнение  технико-экономических показателей вариантов комплектов машин для вывоза снега.

Комплект машин

Объём вывозимого снега, м³

Кол-во машин обслуживающих  погрузчик, шт

Расстояние вывоза снега, км

Расход кол-ва топлива обслуж-ми машинами, л

Время растапливания 1 м³ снега, мин

Погрузчик – автосамосвал

8 - 9

3 - 5

10 - 15

24

Погрузчик – автогудронатор

17 - 18

1

24

2

В качестве базовой машины автогудронатора принято базовое шасси автосамосвала КамАЗ – 53213.

Исходя их анализа полученной таблицы, следует, что использование автогудронаторов в зимнее время для вывоза снега эффективнее, чем использование для этих целей автосамосвалов. Эффективность заключается в сокращении количества машин и соответственно затрат на заработную плату рабочих и ТО и Р машин.

1.4 Обоснование необходимости модернизации автогуронатора для плавления снега

С целью уменьшения транспортных средств и повышения производительности работ уборки и вывоза снега предлагается  конструкция машины для растапливания снега на базе автогудронатора (рисунок 2.1), который используется для разогрева и транспортирования битума при ремонте и строительстве автомобильных дорог, эти машины в зимнее время простаивают. Автогудронатор имеет систему подогрева битума, состоящую из теплоизолированной цистерны и установленных внутри неё жаровых труб на фланцах которых, установлены стационарные горелки обеспечивающие подогрев материала, что дает возможность растапливать снег погружая его в цистерну. При этом времени затрачивается намного меньше, чем доведение битума до рабочей температуры.    Распределители битумов, мазутов, дегтя и других битуминозных вяжущих материалов называют гудронаторами. [2]

Характерными особенностями современных автогудронаторов являются: самостоятельная загрузка жидкими вяжущими материалами на базах, перевозка материалов на значительные расстояния со скоростью принятой для автотранспорта общего назначения; сохранение температуры залитых вяжущих материалов и разогрев их в цистерне до рабочего состояния; механизированное распределение материалов по обрабатываемой поверхности. [6]

В зависимости от объема цистерны различают автогудронаторы малой вместимости (до 1000—1500 л), средней (3000— 3500 л) и- большой (5000 л и более).

Автогудронаторы классифицируют по конструктивным признакам систем распределения и обогрева материалов, в зависимости от способа распределения вяжущего материала, типа распределительной трубы, способа очистки системы, средств подачи материала для выполнения технологических операций. [6]

Основные узлы автогудронаторов — это цистерна для битума с системой обогрева, циркуляционно-распределительная система, ходовая часть, контрольные приборы и рабочее управление. [3]

Автогудронатор смонтирован на базе автомобиля Камаз 65115. Шасси автомобиля до монтажа оборудования автогудронатора подлежат изменению, в частности усиливаются рессоры, изменяется установка глушителя и запасного колеса. Цистерна для битума имеет цилиндрическую или эллиптическую форму и сварена из листовой стали. На цистерне установлена термоизоляция из стекловаты, которая покрыта металлическим кожухом.

Таблица 2.1 Автогудронатор ДС-142Б

Наименование показателя

Значения

Шасси

Камаз-65115 (КПП 154)

Габаритные размеры в транспортном положении, м, не более (длина×ширина×высота)

8,5×2,5×2,85

Масса снаряженного автогудронатора, кг, не более

10350

Полная масса автогудронатора, кг, не более

17850

Распределение нагрузки на дорогу от автогудронатора полной массой, кг, не более:

- на переднюю ось

4550

- на заднюю тележку

13300

Скорость, км/ч:

- транспортная максимальная (с грузом)

85

- рабочая (при розливе)

4-20,5

Цистерна

Стальная, эллиптического сечения с внутренними перегородками, термоизолированная слоем стекловолокна 50 мм и облицованная стальным листом толщиной 0,8 мм

Номинальная вместимость цистерны, м3, не менее:

7,5

Тип привода рабочего оборудования

      -     вращение битумного насоса

Гидропривод: КПП-КОМ-гидронасос-гидромотор

  1.         -     подъем-опускание распределителя

Гидропривод (гидроцилиндр)

  1.         -     открывание-закрывание форсунок

Гидропривод (гидроцилиндр)

  1.  Рабочее давление в гидросистеме, МПа (кгс)

16,0 (160)

  1.  Битумный насос

Шестеренный, подача  1,4 л/об,

максимальная высота подачи 30 м

Подогрев битума в цистерне

Стационарными горелками

через жаровые трубы

 число горелок, шт.

2

 вид топлива

дизельное топливо

Расход топлива двумя горелками, (л/ч), не более

18

Вместимость топливных баков горелок (л)

2 бака по 20 л.

Подача топлива к горелке

Сжатым воздухом от пневмосистемы шасси

Разогрев битума в коммуникации

Переносной горелкой

Скорость подогрева жидкого битума в цистерне при начальной температуре плюс 80°С, °С/ч, не менее

15

Снижение температуры битума в цистерне в течение 1 ч.:

- на стоянке

Не более 3% от перепада температур окружающего воздуха и битума

- при транспортировании со скоростью не более 50 км/ч

Не более 4% от перепада температур окружающего воздуха и битума

  1.  Розлив битума

Распределителем циркуляционного типа с запорными соплами

Число форсунок, шт

21 (25*)

Максимальная ширина розлива, м

4,0 (4,8*)

Изменение ширины розлива

Кратное 0,19 м

Удельная норма розлива, л/кв. м

0,3...2,5

Изменение нормы розлива

Бесступенчатое

Обслуживающий персонал

1 чел (водитель-оператор)

Примечание:

  1.  Возможна установка передней подметальной щетки.
  2.  Возможна установка системы автоматического управления нормой розлива битума. Система точного дозирования обеспечивает возможность задавать и поддерживать необходимую норму розлива, а также изменять ее в движении, при помощи регулятора расхода гидравлической жидкости, который управляет оборотами битумного насоса. Управление системой осуществляется из кабины водителя.

Для заполнения цистерны и ее осмотра в верхней части имеется горловина, которая закрывается откидной крышкой. В горловине устанавливается сетчатый фильтр для предотвращения попадания посторонних включений. Для подогрева битума цистерна оборудована отопительной системой, состоящей из двух жаровых труб U-образной формы, укрепленных внутри цистерны, двух стационарных керосиновых горелок, установленных во входных концах жаровых труб, дымовой коробки с вытяжной трубой, топливного бачка, топливного и воздушного трубопроводов.

Цистерна оборудована ртутным термометром и указателем уровня поплавкового типа. В цистерне имеется переливная труба, доходящая до верхней части цистерны, которая обеспечивает возможность выхода воздуха при наполнении цистерны, выхода материала при его избытке и сообщение с атмосферой при разогреве вяжущего материала в пути.

Основными требованиями, предъявляемыми к автогудронаторам, являются: – равномерность распределения битумных материалов с точным дозированием норм розлива на единицу поверхности; – возможность розлива под давлением; – обеспечение сохранения температуры материала при транспортировании его без подогрева и возможность подогрева битума в процессе транспортирования до рабочей температуры 160-180 °С. Такая температура позволяет использовать его для плавания снега.

Автогудронаторы состоят из цистерны, автошасси или тягача, системы обогрева, систем перекачки и распределения битума. Машины классифицируют по емкости цистерны и по типу привода битумного насоса на моторные и безмоторные (с приводом от двигателя автомобиля). ГОСТ 16385—70 предусматривает автогудронаторы двух видов — с цистернами емкостью 3500 и 7000 л.

Автогудронатор безмоторного типа ДС-142Б   монтируется на шасси автомобиля Камаз-65115, на котором в этих целях изменяют линию выпуска отработавшего газа (глушитель устанавливают под передним буфером рамы), один из воздушных баллонов переносят с правого лонжерона на левый и крепят на новые кронштейны, запасное колесо на держателе закрепляют на раме между кабиной водителя и цистерной.

В переднем отсеке установлена труба, которая верхней частью входит в колпак и сообщается с атмосферой. Труба служит для слива излишка подогреваемых битумных материалов и уравнивания давления в цистерне с атмосферным. В заднем отсеке сверху и снизу обечайки приварены фланцы для установки клапана. Тарелка клапана открывает или закрывает отверстие во фланце, сообщая или разобщая полость цистерны с большим краном. В транспортном положении клапан закрыт. [6]

Рисунок 2.1 Автогудронатор ДС-142Б на базе Камаз-65115

Цистерна — сварная, изготовлена из листовой стали, в поперечном сечении имеет форму овала, большая ось которого расположена горизонтально. Полость цистерны разделена волнорезом (установленным для смягчения гидравлических ударов) на два сообщающихся отсека. Наверху переднего отсека имеется обечайка горловины, которая служит для наполнения цистерны битумом при установленном сетчатом фильтре, а также является лазом для осмотра, очистки и ремонта цистерны. Обечайка горловины закрывается крышкой с прокладкой при помощи рычага, шарнирно прикрепленного к кронштейну, и откидного болта с гайкой.

Через заднее днище в полость цистерны проходят две U-образные жаровые трубы, предназначенные для подогрева битумного материала стационарными горелками. Для сохранения его температуры цистерна термо-изолирована слоем стеклянного волокна и облицована листовой сталью. Внутри цистерны проходит труба, соединяющая полость цистерны с трубопроводом циркуляции.

В цистерне установлен указатель уровня битумного материала. При наполнении или опорожнении цистерны поплавок указателя своими стойками двигается по направляющей цистерны, поворачивает валик и установленный на нем зубчатый сектор, который находится в зацеплении с конической шестерней, расположенной на оси стрелки, указывающей количество материала в цистерне. Ось стрелки установлена в кронштейне, прикрепленном к заднему днищу цистерны, и выходит наружу через сальник, предотвращающий вытекание битумного материала из цистерны.

Цистерну устанавливают опорами на деревянные брусья, которые ставят на раму шасси и крепят к ней хомутами. [5]

Коммуникация цистерны состоит из большого крана, шестеренного насоса, малых кранов и трубопроводов: циркуляции, приемного, выдачи, напорного, возврата и промывки коммуникации.

К центральной распределительной трубе крепятся две пневмокамеры, перемещающие своими мембранами рейку относительно распределительной трубы. При этом пальцы рейки, входящие в пазы поводков форсунок, вращают пробки, закрывая или открывая форсунки.

Рейки левого, правого и концевого распределителей соединяются с центральной рейкой при помощи накидной защелки (при необходимости работы этих распределителей). В транспортном положении левый и правый распределители складываются и фиксируются стопорами. Концевой распределитель крепится на раме автомобиля.

Привод битумного насоса осуществляется следующим образом: крутящий момент от двигателя шасси передается на коробку передач — коробку отбора мощности — карданную передачу на насос. Коробка отбора мощности — трехскоростная, установлена на фланце правого (по ходу автомобиля) люка коробки передач. Привод коробки отбора мощности осуществляется от блока шестерен заднего хода коробки передач. [4]

Топливная система автогудронатора аналогична описанной у автобитумовоза и состоит из топливного бака, топливопровода, воздухопровода, двух стационарных и одной переносной горелок. Топливный бак объемом 20 л установлен на правом крыле автогудронатора и имеет воздушный клапан, отрегулированный на давление 4,5 кгс/см2. При повышении давления в баке клапан автоматически открывается, поддерживая давление в топливной системе не выше 4,5 кгс/см2.

Стационарные горелки установлены на фланцах жаровых труб и могут работать независимо друг от друга. Они предназначены для разогрева битумных материалов в цистерне. Переносная горелка, подсоединяемая к топливной системе рукавом, имеет отдельный вентиль и предназначена для разогрева застывших битумных материалов внутри трубопроводов или насоса.[1,2]

В пневмосистему автогудронатора входят воздушный баллон, три пневмокамеры, трубопроводы и пневмокран. Воздушные баллоны автогудронатора и шасси соединены трубопроводом. От баллона автогудронатора трубопроводы идут к трем пневмокамерам, одна из которых тягой соединена с малым левым краном, обеспечивает два его положения. В рабочем положении кран открывает трубопровод возврата (большая циркуляция). Две другие пневмокамеры установлены на центральном распределителе и приводят в движение рейку распределителя, обеспечивая поворот пробок форсунок. Работой пневт мокамер управляют с помощью пнев-мокрана, расположенного в кабине водителя. В транспортном положении пневмосистему автогудронатора отключают от пневмосистемы шасси. [6]

На автогудронаторе установлены следующие приборы: указатель уровня битумного материала в цистерне, термометр с пределами измерения температуры 0—200 °С, тахометр, показывающий частоту вращения вала насоса. Устанавливается тахометр в кабине водителя на щитке приборов и присоединяется посредством гибкого вала и хвостовика штуцера к валу коробки отбора мощности.

Вышеперечисленные характеристики автогудронатора его параметры по разогреву позволяют использовать его в качестве снегоплавильной установки.

Технология работы данной конструкции следующая, путем установки в цистерну автогудронатора (рисунок 2.1) приемного бункера 1 и нагнетательной распределительной системы из перфорированных труб 2  с насадками, подающей разогретую воду с помощью насоса 7 и циркуляционной трубы 3, что обеспечит распыление нагретой воды на загруженный в цистерну снег. Таким образом происходит непосредственный контакт нагретой воды со снегом. Установка рукава слива талой воды 6 с фильтром грубой и тонкой очистки емкости со смесителем. Источником тепла является горелка 5 и жаровые трубы 4.

При уборке проезжих частей города Караганды в тандеме со снегопогрузчиком обычно используют  автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Один снегопогрузчик обслуживает от 3 до 5 автосамосвалов  в час. Расчеты показывают количество автосамосвалов необходимых для уборки  автодорог города Караганды(протяженность 973 км), общей площадью около 5772 км2 с учетом вместимости одного автосамосвала составит 144300 единиц техники. При среднем объеме снега выпадающего в зимний период на дорогах города который составляет 1154400 м3.

Cнегоплавильные машины фирмы SNOW DRAGON [3], используют технологию огнетрубных тепловых котлов.  Даже при минусовых температурах окружающего воздуха вода в баке может нагреваться до плюс от 38 до 49°С за 15 мин и плавит снег. Температура выходящей воды, полученной из расплавленного снега, составляет плюс от 16 до 21°С, что исключает образование ледяного покрытия, а жаровые трубы автогудронатора нагреваются до температуры 2000. Эти машины  являются полуприцепными и могут транспортироваться с объекта на объект в зависимости от укомплектованности со скоростью от 80 до 104 км/ч. Операционные системы и компоненты машин расположены в обогреваемом отсеке, защищающем основные составляющие модули от погодных условий и облегчающем процесс управления. Для оперативного проведения работ в городских условиях конструктивно предпочтительны аналогичные снегоплавильные машины меньшей производительности, например модели SND-RM90.[3]

Исходя из традиционного метода расчета тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

- природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

- режим движения жидкости;

- физические свойства жидкостей;

- форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью. [6]

Поэтому необходимо принять допущения:

- теплообмен происходит теплопроводностью;

- режим теплообмена - стационарный;

- температура сгорания топлива является постоянной.

К основным достоинствам конструкции  можно отнести:

- возможность загрузки снега с обеих сторон бункера, длина приёмной части которого 5,486 м;

- наличие большого плавильного бака со стальным каркасом, выполненного из толстолистовой стали;

- включение–выключение (в том числе аварийное) узлов по принципу (пускового штепселя);

- наличие системы отделения мусора и инородных включений из углеродистой стали с двойным внутренним сливом;

- обогреваемые и освещённые кабины с запираемыми дверями, защищающие оборудование, включая горелки, водяные насосы и генератор;

- использование люков для облегчения очистки;

- размещение по бортам машины деревянных брусьев для защиты боковин приёмной части бака при загрузке снега;

- два насоса для циркуляции воды производительностью 1135 л/мин, снабжённые фильтрами;

- две панели со спреями, расположенные внутри плавильного бака, которые разбрызгивают тёплую воду под большим давлением на загруженный снег;

- дефлекторы против брызг, расположенные по трём сторонам плавильного бака;

- бесшумный операционный режим;

- встроенная система освещения;

- визуальная и звуковая сигнализация.

2 Принципиальная схема модернизации автогудронатора для плавления снега

2.1 Конструктивная схема снегоплавилки на базе автогудронатора

Автогудронатор укомплектован металлическими рукавами: для наполнения диаметром 75 мм. Каждый из них состоит из двух частей длиной по 4 м, снабженных штуцерами и ганками для взаимного соединения и присоединения к трубопроводам коммуникации.

Автогудронатор с моторным приводом битумного насоса имеет для этого двигатель, установленный на задней площадке.

Цистерна автогудронатора опирается передней частью на седельное устройство тягача, в отцепленном состоянии она опирается на выдвижные подставки. Схемы — отопительная, битумная и распределительная — принципиальных отличий не имеют.

Шестеренный битумный насос производительностью до 900 л/мин приводится от коробки отбора мощности через карданную передачу. Битум на полотно дороги разливается через распределительные трубы с соплами, которые находятся на трубе на расстоянии 100 мм одно от другого. Такое расположение сопел обеспечивает перекрытие струи битума из соседних сопел, равномерное покрытие битумом полотна дороги.

С целью уменьшения транспортных средств и повышения производительности работ уборки и вывоза снега предлагается  конструкция машины для растапливания снега на базе автогудронатора (рис.3), который используется для разогрева и транспортирования битума при ремонте и строительстве автомобильных дорог, эти машины в зимнее время простаивают. Автогудронатор имеет систему подогрева битума, состоящую из теплоизолированной цистерны и установленных внутри неё жаровых труб на фланцах которых, установлены стационарные горелки обеспечивающие подогрев материала, что дает возможность растапливать снег погружая его в цистерну. При этом времени затрачивается намного меньше, чем доведение битума до рабочей температуры.    

1- приемный бункер, 2- перфорированные трубы с насадками,

3- циркуляционная труба, 4- жаровые трубы, 5- горелка, 6- фильтр со сливным рукавом, 7- насос.

Рисунок 3.1 Схема снегоплавильной установки на базе автогудронатора.

Технология работы данной конструкции следующая, путем установки в цистерну автогудронатора (рисунок 3) приемного бункера 1 и нагнетательной распределительной системы из перфорированных труб 2  с насадками, подающей разогретую воду с помощью насоса 7 и циркуляционной трубы 3, что обеспечит распыление нагретой воды на загруженный в цистерну снег. Таким образом происходит непосредственный контакт нагретой воды со снегом. Установка рукава слива талой воды 6 с фильтром грубой и тонкой очистки емкости со смесителем. Источником тепла является горелка 5 и жаровые трубы 4.

При уборке проезжих частей города Караганды в тандеме со снегопогрузчиком обычно используют  автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Один снегопогрузчик обслуживает от 3 до 5 автосамосвалов  в час. Расчеты показывают количество автосамосвалов необходимых для уборки  автодорог города Караганды(протяженность 973 км), общей площадью около 5772 с учетом вместимости одного автосамосвала составит 144300 единиц техники. При среднем объеме снега выпадающего в зимний период на дорогах города который составляет 1154400 м3.

Cнегоплавильные машины фирмы SNOW DRAGON [3], используют технологию огнетрубных тепловых котлов.  Даже при минусовых температурах окружающего воздуха вода в баке может нагреваться до плюс от 38 до 49°С за 15 мин и плавит снег. Температура выходящей воды, полученной из расплавленного снега, составляет плюс от 16 до 21°С, что исключает образование ледяного покрытия. Эти машины  являются полуприцепными и могут транспортироваться с объекта на объект в зависимости от укомплектованности со скоростью от 80 до 104 км/ч. Операционные системы и компоненты машин расположены в обогреваемом отсеке, защищающем основные составляющие модули от погодных условий и облегчающем процесс управления. Для оперативного проведения работ в городских условиях конструктивно предпочтительны аналогичные снегоплавильные машины меньшей производительности, например модели SND-RM90.

2.2 Предварительный расчет элементов снегоплавилки на базе автогуронатора

При уборке проезжих частей города Караганды в тандеме со снегопогрузчиком работают автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Для бесперебойной работы, один снегопогрузчик обслуживают 3-5 автосамосвалов.  Произведем расчёт, который покажет количество автосамосвалов и снегопогрузчиков, необходимых для уборки всех 724 автодорог города Караганды, общей площадью около 5772 . Для этого необходимо вычислить средний объём снега, выпадающий за зимний период на дорогах города.

Объем снега определяем по формуле: (среднее значение по данным гидрометцентра) [6]

                                                                                     (2.1)

      

                              

где - площадь автомобильных дорог, ;

          - высота снега, .

Поделив объём снега на вместимость одного автосамосвала, получаем 144300 автосамосвала, а поделив последнее число на количество автосамосвалов обслуживающих один снегопогрузчик, получаем 28860 снегопогрузчиков.  [1]

Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения dT/dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [в соответствующих единицах Вт/(м*К)]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:

                                                     (2.2)

где - тепловой поток,

- коэффициент теплопроводности,

Получим теоретическую тепловую мощность D= 0,688 Гкалл/час

Действительная температура горения топлива составит[5]:

                                            (2.3)

где σ – коэффициент прямой отдачи тепла от факела лучеиспусканием; σ=0.25 .

Тогда

Значения слоя снега для оценки нормативных значений hсн планируется получить по статистическим данным гидрометеоцентра. Удельное количество загрязнений J в 1 т снежной массы определенной плотности (снега или льда) – по статистическим данным эксплуатации мобильных снегоплавильных установок, отражающих поступление загрязнений только с дорожных покрытий, без составляющих сточных вод, которые накапливаются в ССП. [6]

Количество теплоты (кДж), потраченное на расплавление 1 м3 снега определяется по формуле:

                                            (2.4)

где k – коэффициент теплопередачи, кВт/(м20С);

– площадь поверхности цистерны, м2;

- средняя температура воды после загрузки нега, 0С,

- температура воды при погрузке снега, .

Средняя удельная теплоемкость (кДж/(кг·К)) продуктов сгорания определяется по формуле (24): [3]

                 (2.5)

где - удельные теплоемкости соответствующих газов, кДж/(кг·).

Теплоемкость газов при постоянном давлении изменяется с изменением температуры по следующим зависимостям:

                         (2.6)

Плотность дизельного топлива 20=860 кг/м3, тогда относительная плотность составит 0.860 кг/м3: [6]

a – поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус,

a=0.000686 [11].

Теплоемкость рассчитываем по формуле Крэга:    

                        (2.7)

Все тепло, внесенное в топку, разогревает продукты сгорания до теоретической температуры горения топлива tТ.Т. (К) в соответствии с тепловым балансом:

            (2.8)

где QТ – потери тепла топкой в окружающее пространство, кДж/кг топлива, QТ=0.03 QВ;

QХ – потери от химической неполноты сгорания топлива кДж/ кг топлива,

QХ=0.02 QВ;

QМ – потери от механической неполноты сгорания, кДж/ кг топлива, QМ=0.03QВ;

св – теплоемкость сухого воздуха, св=1.01 кДж/(кг·К);

tв – температура воздуха, tв=293 К;

сТ – теплоемкость дизельного топлива при tТ, сТ = 1.97 кДж/ (кг·К);

tТ – температура вспышки дизельного топлива, tТ = 313 К ;

сср – средняя теплоемкость продуктов сгорания (4.1.3.25 – 4.1.3.29);

tТ.Т. – теоретическая температура горения топлива

Левая часть уравнения определяет количество теплоты, вносимое в топку с каждым килограммом топлива и обозначается Qвн: [2]

Решаем полученное квадратное уравнение:

                                (2.9)

Получим теоретическую температуру горения топлива = 1790 К

Действительная температура горения топлива составит:

                                         (2.10)

где σ – коэффициент прямой отдачи тепла от факела лучеиспусканием; σ=0.25 .

Тогда

3 Расчет тепловых процессов снегоплавилки на базе автогудронатора

3.1 Расчет расхода тепла на плавление снега

Исходя из традиционного метода расчета тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

- природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

- режим движения жидкости;

- физические свойства жидкостей;

- форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью.

Поэтому необходимо принять допущения:

- теплообмен происходит теплопроводностью;

- режим теплообмена - стационарный;

- температура сгорания топлива является постоянной.

Тепловой расчет необходим для определения количества топлива необходимого для расплавления данного объема снежно ледяной массы и времени необходимого на эту операцию, эти цифры необходимы для расчета экономической эффективности машины.

Массу топлива определяем по формуле:

 , кг,    (1)

где − масса топлива, кг;

Q − количество теплоты необходимое для растапливания данного объема снежно - ледяной массы, Дж;

− теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Для нахождения времени необходимого на один цикл составляем уравнение теплового баланса с учетом тепловых потерь через стенки емкости, уравнение будет выглядеть так:

                               (2)

     

где  − теплоемкость снега, Дж/кгград;

− масса снега, кг;

− температура снега при загрузке, град;

− температура окружающей среды, град;

− удельная теплота фазового перехода снег вода, Дж/кг;

, − соответственно толщина внутренней и наружной стенок емкости, м;

,− соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК);

− время цикла, c;

− внутренняя площадь стенок емкости, м²;

− длина жаровых труб, м;

− коэффициент теплопроводности стенок жаровых труб, Вт/(мК);

− температура горения топлива, град;

− внутренний и наружный диаметр жаровых труб, м;

Из формулы (2) получим:

,с (3)

Количество теплоты необходимое для расплавления данной массы снега определим по формуле:

                                     (4)

Количество теплоты (кДж), потребное на расплавление 1 м3 средней плотности  снега определим по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·0С);

- площадь поверхности цистерны, м2;

- средняя температура воды после загрузки нега,  

- температура воды при погрузке снега, .

Нами подсчитано при плавлении снега с использованием автогудронатора при плотности снежной массы в 300 кг/м3 потребная энергия составит 11025.1кДж

Использование унифицированного автогудронатора позволит значительно сократить расходы связанные с вывозом снега с городских дорог, а так же увеличить сроки эксплуатации автогудронатора который работает только полгода. 

3.2 Расчет элементов теплопередачи автогудронатора при плавлении снега

Одним из главных параметров при расчете теплоизоляции цистерны, определение толщины слоя изоляции по количеству теплоты, выделяемой битумом при его остывании за 1 ч не более чем на 1,50С, а также количество тепла, которое может быть передано в окружающую среду через наружную поверхность цистерны при заданных условиях. Толщина слоя изоляции определяется количеством теплоты которое теряет битум при прохождении тепла через стенку цистерны.

При остывании битума за час выделенное количество тепла определяется уравнением:

                                   (2.11)

где - масса битума, кг;

– удельная теплоемкость битума, ;

- начальная температура битума, =180;

- температура битума через 1 ч транспортирования,

.

В таблице 1 приведены теплоемкость битума в зависимости от температуры [6].

Температура битума, 0С

1.0-20

30-60

60-100

100-150

150-180

Теплоемкость, кДж/(кг·0С)

1.1-1.25

1.25-1.45

1.45-1.65

1.65-1.85

1.85-2.2

Плотность битума при 200С 20=1023 кг/м3 . Тогда относительная плотность составит , а при t=180 0С определяем по уравнению А.К. Мановяна :

 ,               (2.11)

Тогда масса битума составит:

,                                          (2.12)

где - объем цистерны, по условию,  .

.

Количество тепла, выделяемое при остывании битума на 1.5 0С, из  следует: [2]

Количество теплоты (кДж), теряемое битумом через внешнюю поверхность в окружающее пространство:

,                               (2.13)

               

где k – коэффициент теплопередачи, кВт/(м20С);

– площадь поверхности цистерны, м2;

- средняя температура битума, 0С; 

- температура наружного воздуха,

Площадь поверхности эллиптической цистерны:

,                                          (2.14)

где - площадь эллиптических торцов цистерны, м2;

- боковая площадь цистерны, м2.

,                                               (2.15)

где a и b – полуоси эллипса торцовых днищ, м2; по условию a=0.8 м, b=0.6 м. [5]

,                        (2.16)

где - длина цистерны, =2.7 м по условию.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65255. УДОСКОНАЛЮВАННЯ РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУМИННИХ ВИКОНАВЧИХ ПРИСТРОЇВ 3.68 MB
  Як підсилювачі-перетворювачі у сучасних системах найбільш простими і надійними зарекомендували себе електропневматичні клапани ЕПК на основі електромагніту соленоїдного типу з циліндровим сердечником.
65256. ДЕРЖАВНЕ РЕГУЛЮВАННЯ СУСПІЛЬНИХ ВІДНОСИН В ГАЛУЗІ ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ: ІСТОРИЧНІ ТА ПРАВОВІ АСПЕКТИ 190 KB
  Державне регулювання медичної діяльності в Україні є невід’ємною частиною державної політики та державного управління в галузі охорони здоров’я. Однак законодавство охорони здоров’я як важливий інструмент державного управління галуззю в нашій державі ще не виділено в окремий інститут права.
65257. Гуманітаризація вищої культурологічної освіти в Україні ХХ – ХХІ століття 157 KB
  Серед проблем без розв’язання яких неможливий процес розбудови суверенної української держави важливе місце посідає створення сучасної системи культурологічної освіти яка б враховувала багатовіковий досвід...
65258. Раціональне формування багатошарового штабелю для стабілізації його хімічного складу та підвищення використання залізорудної сировини 6.24 MB
  Ефективність технологічного процесу агломерації шихтових матеріалів та доменного переділу металургійних підприємств визначається їх базою сировини і якістю підготовки залізорудних матеріалів на рудних дворах.
65259. Особливості токсичного впливу протипухлинних засобів на прикладі циклофосфану, тамоксифену, 5-фторурацилу, естразину та їх гігієнічне регламентування у повітрі робочої зони 282.5 KB
  Мета дослідження – з’ясування характеру та можливого механізму розвитку метаболічних порушень під впливом антинеопластичних засобів різних груп та визначення пріоритетних критеріїв для їх гігієнічного регламентування у повітрі робочої зони.
65260. ОЧИЩЕННЯ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ МАГНІТНИМ АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНИМ ПОЛЕМ 1.17 MB
  В практиці водоочищення відсутні дослідження впливу постійного аксіальносиметричного поперечного магнітного поля на заряджені домішки. Тому актуальними є встановлення закономірностей руху домішок водного розчину з урахуванням їх йонізації...
65261. УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ ДИТЯЧОГО СПЕЦІАЛЬНОГО ВЗУТТЯ ДЛЯ СПОРТИВНИХ ТАНЦІВ 2.74 MB
  Однак взуттєвих підприємств спеціалізованих на виготовленні спортивного взуття поки що в Україні недостатньо. Ситуація ускладнюється ще й фактором використання нераціонального дитячого...
65262. Фізико-хімічні процеси при виготовленні великогабаритних фотоелектричних перетворювачів в умовах серійного виробництва 504.5 KB
  Найбільшої ефективності використання сонячної енергії досягнуто при прямому її перетворенні безпосередньо в електричну за допомогою напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів ФЕП.
65263. ЕКСПРЕСИВНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ЗАСОБІВ ВТОРИННОЇ НОМІНАЦІЇ В МОВІ НОВІТНЬОЇ УКРАЇНСЬКОЇ ПУБЛІЦИСТИКИ 151 KB
  Проблема вторинної номінації є однією з найважливіших та найскладніших проблем сучасної лінгвістики а функціональні засоби вторинної номінації об’єктом уваги вчених різних філологічних шкіл і напрямків...