книги из ГПНТБ / Иванов, А. Н. Развитие конструкций снегоочистительных машин обзор

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬНОГО, ДОРОЖНОГО И КОММУНАЛЬНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Т Е Х Н И Ч Е С К О Е У П Р А В Л Е Н И Е

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ ПО СТРОИТЕЛЬНОМУ, ДОРОЖНОМУ И КОММУНАЛЬНОМУ МАШИНОСТРОЕНИЮ

РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИЙ

СНЕГООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

ОБЗОР

МОСКВА 1974

В В Е Д Е Н И Е

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану предусмотрено повысить темпы развития строительно-до­ рожного машиностроения. В том числе предстоит увеличить выпуск современных снегоочистительных машин.

очистители ДЭ-210 и Д-902, которые используются в основ­ ном на аэродромах и автомагистралях союзного значения.

Особое внимание следует уделить созданию машин для патрульной очистки дорог и аэродромов, таких, как плуж­ ные, плужно-щеточные и газоструйные снегоочистители. Некоторые из них уже созданы и выпускаются, другие раз­ рабатываются.

Для определения времени нахождения снега на дорогах и аэродромах с момента его выпадения до удаления (или между проходами снегоочистителя) целесообразно обратить­ ся к опыту практики зимнего содержания дорог и аэродро­

снегонакопления на дорожном полотне при патрульной очист­ ке не более 3 см для общегосударственных, республиканских и областных дорог и не более 5 см для местных дорог. Газо­

3

механические свойства снега в значительной степени опреде­ ляют условия и средства очистки дорог и аэродромов от снега. Установлено, что снег в зависимости от характера нагрузки и скорости ее приложения может проявлять свой­ ства упругих или пластичных материалов. Изменение плот­ ности снега зависит от его температуры и удельного давле­ ния на поверхность снега. С повышением температуры снег сжимается до большей плотности при той же удельной на­ грузке. Степень уплотнения снега зависит от его начальной плотности и структуры.

Изменение свойств снежных отложений под влиянием внешних воздействий окружающей среды называется мета­ морфизмом (радикальное изменение — новое формирова­ ние — кристаллического вещества).

Метаморфизм характеризуется тремя процессами: 1) ре­ кристаллизацией; 2) сублимационно-термодинамическим из­ менением структуры снега; 3) плавлением и повторным за­

кристалла на решетку другого и срастание отдельных кри­ сталлов. Поскольку снег состоит из беспорядочно располо­ женных кристаллов неодинакового размера, значения энер­ гии отделения молекул для них различны. Поэтому кристал­ лы, которые морфологически не находятся в равновесии, могут изменять свою форму.

Внешние нагрузки, воздействуя на снежный покров, вы­ зывают измельчение кристаллов снега и их уплотнение. Начинается интенсивный обмен молекулами пара между об-

4

ломками кристаллов. Происходит непрерывный рост новых связей, что приводит к увеличению внутренних сил сцепле­ ния в снежном покрове. Чем больше снег измельчен, тем интенсивнее протекает его упрочнение. Этот процесс получил название деструктивного метаморфизма. Последующий ин­ тенсивный рост некоторых кристаллов, опережающий уве­ личение связей между зернами, получил название конструк­ тивного метаморфизма. Поскольку связи между зернами увеличиваются медленнее, чем происходит рост кристаллов, часто наблюдается ослабление внутреннего сцепления. При температуре, близкой к 0°С, метаморфизм ускоряется.

В основе метаморфизма таяния лежат резкие темпера­ турные колебания окружающей среды, а также другие внеш­ ние воздействия: интенсивность торможения транспорта, рас­ крутка колес самолетов, воздействие горячих газов авиа­ ционных двигателей. В частности, массовый сход лавин на­ чинается в период, когда поднимающаяся весной средне­ суточная температура переходит через нуль. При оттепелях вода проникает в снежный покров, ослабляются связи сне­ га с грунтом, и пласт снега срывается с откоса. Снежный покров постоянно находится в состоянии эволюции. Свойства снежного покрова непрерывно изменяются во времени в за­ висимости от внешних факторов, а прочностные свойства снега зависят не только от плотности и температуры снега, но также и от степени его перемешивания.

Одним из важнейших показателей физико-механических свойств снега является его твердость. Твердость, таранное сопортивление или несущая способность снежного покрова,

в широком диапазоне. Это, в частности, объясняется резкой сменой температур в течение суток. Так, например, в горных условиях ночыо и утром температура воздуха составляет до —15°С и ниже, а днем —3—5°С. Плотность обтаявшего и осев­ шего за день снега составляет 0,55—0,65 т/м3, а смерзшийся за ночь снег приобретает весьма высокую твердость.

Твердость снега определяется с помощью твердомеразонда, таранное сопротивление — по пенетрометру Хэфели. Принцип их действия основан на проникновении в снег ко­ нуса определенного сечения под действием груза,, падаю­ щего с заданной высоты. Определение несущей способности снега основано на проникновении в снег плоского штампа определенного сечения. Экспериментально установлено, что, чем больше плотность снега и ниже температура воздуха,

5

снега.

3. Усиление внутренних связей снега является результатом деструктивного метаморфизма и, в ряде случаев, метаморфиз­ ма таяния.

При сжатии в снегу происходят два противоположных, процесса — уплотнение и разрушение структуры снежного покрова в целом. Структурная неоднородность снега, вели­ чина и форма кристаллов, их связи образуют тот внутренний скелет, от строения которого зависит прочность снежного массива.

Сопротивление срезу является суммой сопротивлений сжатию, разрыву и сдвигу. Если от сил сцепления зависит прочность снега на разрыв, то сдвиговые характеристики включают в себя, кроме адгезионных сил, также силы коге­ зии, или сопротивление трению твердых частиц по поверхно­ сти скольжения. Пока эти силы в снежном массиве уравно­ вешены, деформации сдвига не происходит. Она начинается тогда, когда кристаллические связи снега, как сыпучей сре­ ды, не выдерживают напряжения, создаваемого текучестью снега. Возникают трещины сдвига, поверхности которых и являются поверхностями внутреннего трения снега.

Силы внешнего трения включаются в работу, когда из-за

РОТОРНЫЕ СНЕГООЧИСТИТЕЛИ

Роторный снегоочиститель при работе выполняет две ос­ новные операции — вырезает снег из массива и отбрасывает' его в сторону.

Известны четыре типа роторных снегоочистителей: плужно-роторные, шнеко-роторные, фрезерно-роторные и с со­ вмещенным рабочим органом.

В плужно-роторном снегоочистителе питание ротора осуществляется в основном за счет поступательного переме­

6

щения машины, поэтому плужно-роторные снегоочистители целесообразно применять на сухом рыхлом снеге малой плотности и твердости.

У шнеко-роторных снегоочистителей забой разрабаты­ вают полностенные шнеки, расположенные друг над другом. Эти шнеки имеют значительную металлоемкость и невысо­ кую пропускную способность и, кроме того, не могут раз­ рабатывать снег с высокой прочностью. Питание ротора в этом снегоочистителе осуществляется в значительной степе­ ни также за счет поступательного движения машины.

Совмещенный рабочий орган снегоочистителя з виде фрезерного барабана системы «Peter» или «Schmidt» одно­ временно разрабатывает забой и отбрасывает снег в сто­ рону. Однако, обладая высокой режущей способностью, он имеет малую производительность и небольшую дальность отбрасывания снежной массы. Это объясняется малой про­ пускной способностью лопастей фрезы, выполняющих функ­ ции ротора; для отбрасывания снега и разработки забоя требуются различные окружные скорости рабочих элемен­ тов, а при совмещении скоростей ухудшается и та и другая функция рабочего органа; кроме того, при отбрасывании снежная струя, которая получается порционной и недоста­ точно плотной, меняет направление в патрубке на 90°, что резко уменьшает дальность отбрасывания.

Фрезерно-роторный рабочий орган представляет собой комбинацию фрезерного питателя, выполняемого обычно в виде безбарабанного многозаходного ленточного шнека, и одного или двух роторов-метателей.

Опыт эксплуатации снегоочистителей в нашей стране с учетом климатических условий, физико-механических свойств снега и характеристик дорог показывает, что роторные сне­ гоочистителя должны отвечать следующим требованиям:

ходится удалять и снежные валы вдоль обочин, и наледи с уплотненным снегом в колее, и мощные снежные валы при заносах;

2) конструкция рабочего оборудования и трансмиссии должна обеспечивать их предохранение от поломок при на­ личии в разрабатываемом снеге камней и других инородных предметов;

■7

5) дальность отбрасывания снега в сторону должна со­ ставлять 10—15 м для дорог и 40—50 м для аэродромов.

Некоторые модели зарубежных снегоочистителей, пред­ ставляющие интерес с точки зрения их компоновки и кон­ струирования. рабочего оборудования, рассмотрены ниже.

Плужно-роторное снегоочистительное оборудование,

предназначено в основном для очистки дорог от легкого, све­ жевыпавшего снега. Принцип сочетания плуга и ротора в одном рабочем органе был предложен еще в сороковых го­ дах немецким ученым Карлом Кроче. В основном эти снего­ очистители выпускаются фирмами Martin Beilhaek и Schmidt (ФРГ).

У модели HS-185 фирмы Beilhaek рабочий орган имеет два ротора. Роторы, снабженные четырьмя лопастями кри­ волинейного профиля, вращаются навстречу друг другу, обеспечивая захват снега из массива и отбрасывание его в сторону на расстояние до 8 м.

Рабочий орган приводится от двигателя трактора мощ­ ностью 40 л. с. через вал отбора мощности. При ширине за­ хвата 1,85 м и высоте разрабатываемого слоя снега 1,2 м производительность снегоочистителя, по данным фирмы, со­ ставляет от 250 до 500 т/ч в зависимости от условий снего­ очистки. Для получения пониженных скоростей при снего­ очистке установлен ходоуменыпитель, позволяющий снижать скорость рабочего хода до 1,6 км/ч.

Базовая машина — колесный трактор с управляемыми задними колесами и бесступенчатым гидравлическим при­ водом имеет трехточечную систему навески.

Плужно-роторное навесное оборудование фирмы Schmidt (модель VS-1) отличается большой шириной захвата (2,07 м), большой дальностью отбрасывания и высокой произ­ водительностью (до 10 000 м3/ч). Масса конструкции 4300 кг. Обычно это оборудование навешивается на автомобиль «Unimog-411». Мощность двигателя для привода рабочего органа около 125 л. с.

Это оборудование можно также навешивать на мощный сельскохозяйственный трактор и использовать для очистки

. от снега автомобильных дорог при больших снежных зано­

насаженных на валы роторов, которые позволяют вырезать уплотненный снег перед подачей в ротор.

Представляет интерес продукция фирмы Le Materiel de Voirie (Франция), которая выпускает плужно-роторное обо­ рудование «Turbojet» модели Т-170А специально для сель­ скохозяйственного трактора.

Рабочий орган представляет собой два фронтальных

8

ротора диаметром 1 м, каждый из которых вращается в от­ дельном цилиндрическом кожухе. Кожухи соединяются в нижней части и образуют подрезной нож.

Левый ротор приводится во вращение от вала отбора мощности трактора, и вращение через цепную передачу пере­ дается правому ротору. В трансмиссии привода установлена муфта предельного момента для предохранения роторов при встрече с препятствием. Подъем и опускание . рабочего оборудования, масса которого 300 кг, осуществляется с по­ мощью гидросистемы трактора. В транспортном положении рабочий орган удерживается специальными хомутами.

При относительной малой мощности привода рабочего органа (35 л. с.) и обычных его параметрах (ширина за­ хвата 1,75 м, высота разрабатываемого забоя 1 м) произ­ водительность машины составляет 250 т/ч, т. е. не уступает производительности более тяжелого снегоочистителя HS-185

фирмы Beilhack.

Шнеко-роторное снегоочистительное оборудование, пред­ назначенное для навески на трактор, разрабатывается глав­ ным образом фирмами США и Канады. Как правило, рабо­ чий орган такого снегоочистителя состоит из двухшнекового питателя и ротора-метателя, установленных на общей раме.

Привод рабочего органа осуществляется или от автомо­ бильного двигателя, или от вала отбора мощности базовой машины.

Рабочий орган (рис. 1) состоит из двух ленточных шне­ ков диаметром 0,5 м и ротора диаметром 0,9 м, смонтиро­ ванных вместе с выбросным патрубком в стальном прямо­ угольном корпусе с козырьком и подрезными ножами, на­ значение которых обрушивать на шнеки снег с высоты око­ ло 2 м.

Дополнительный двигатель мощностью 60 л. с. располо­ жен в задней части трактора; трансмиссия привода рабочего органа проходит через трактор и далее через цепную пере­ дачу к шнекам. При дальности отбрасывания 18,7 м произ­ водительность оборудования достигает 600 т/ч.

Рабочий орган снегоочистительного оборудования и его

разбивают плотную снежную массу, в результате чего обес­ печивается более равномерный ее поток к ротору. Диаметр верхнего шнека 0,32 м, нижнего 0,5 м.

9