книги из ГПНТБ / Бакуревич Ю.Л. Эксплуатация автомобилей на Севере

СНЕГОУПЛОТНЕНИЕ

При уплотнении снежного покрова частицы снега сближаются, возрастает число контактов между ними, вместе с этим возрастает прочность. При одной и той же температуре твердость снега тем больше, чем выше плотность. При одной и той же плотности снега его твердость с повышением температуры становится меньше из-за ослабления связей между частицами и снижения механической прочности самих частиц.

Для создания прочного снежного покрытия, как установлено опытами, необходимо сначала нарушить связи между кристаллами, затем уплотнить снег, подвергнуть его выдержке, тогда произойдет нарастание его прочности.

За последние годы в СССР и за рубежом были проведены ис­ следования различных методов повышения прочностных показате­ лей снежной одежды и сокращения сроков ее формирования.

Если снежную дорогу строят послойно (слоями до 10—15 см) при температурах воздуха выше минус 10° С, допустимо только уп­ лотнение снега без его перемешивания.

При плотности снега менее 0,2 г/см3 могут быть применены гла­ дилки; при плотности от 0,2 до 0,4 г/см3— катки, а при большей плотности — вибраторы.

Для укатки снега на зимних автомобильных дорогах с проез­ жей частью, подготовленной с осени бульдозерами при отсутствии самоходных катков, можно рекомендовать прицепные тракторные катки, изготавливаемые на месте. Каток весом около 5 Т имеет три разрезные балансирные оси, на каждой из которых на ступицах смонтированы восемь дисков-колес, с установленными на них утиль­ ными шинами 260—20", залитыми внутри бетоном. Колеса катка расположены в шахматном порядке, в результате укатывается по­ лоса шириной 300 см. Для передвижения катка применяют трак­ тор С-100.

Такие катки на укатке рыхлого свежевыпавшего снега дают хо­ рошие результаты. Укатанная поверхность получается ровной и вы­ держивает интенсивность движения 10—15 грузовых автомобилей

вчас.

Вслучае строительства снежной дороги при наличии покрова до 60 см при температуре воздуха до минус 15° С уже требуется

предварительное перемешивание снега. Перемешивать снег во всех случаях можно фрезой, при малых плотностях бороной, при средних плотностях (до 0,4 г/см3) — ребристым катком. После перемешива­ ния бороной снег уплотняют с помощью гладкого катка, а после этого — ребристым катком и фрезой-виброуплотнителем.

М. И. Кашинский указывает на целесообразность использования при большой толщине снежного покрова и температурах ниже ми­ нус 15° С, а также, когда необходимо быстро создать прочную снеж­ ную одежду, специальных снегоуплотнягощих агрегатов, сконструи­ рованных Центральным научно-исследовательским институтом

НО

механизации и энергетики лесной промышленности (ЦНИИМЭ), Северным научно-исследовательским институтом промышленности (СевНИИП) и Горьковским политехническим институтом (ГПИ).

Агрегат ЦНИИМЭ работает без теплового подогрева. Он смон­ тирован на тракторе С-100 и включает навесную снегомешалку, представляющую собой ребристый каток диаметром 1700 м м с от­ крытыми зубьями, и прицепную гладилку-виброуплотнитель с дав­ лением 0,2—0,4 кГ/см2, возмущающей силой до 10 Г и числом коле­ баний от 1000 до 3000 в минуту. Агрегат имеет ширину захвата 2400 мм.

Агрегат СевНИИП работает на прицепе у трактора С-100 и вы­ полняет следующие операции: рыхление и измельчение снега, теп­ ловую обработку снежной массы, выравнивание и виброуплотнение снежной одежды. Все узлы машины — зубовая фреза, состоящая из двух секций в виде барабанов с лопатками, тепловая камера с фор­ сунками и вентилятором, виброуплотнитель — смонтированы на од­ ной раме вместе с двигателем мощностью 150 л. с., который служит для привода в действие рабочих органов. Зубовая фреза имеет диаметр 700 м м и делает до 425 об/мин. Удельное давление виброуплотнителя 0,4 кГ/см2 при возмущающей силе до 8 Г и числе ко­ лебаний от 600 до 4000 в минуту. Ширина захвата агрегата СевНИИПа — 3000 мм.

Рабочий процесс агрегата ГПИ также включает обогрев снега. Агрегат работает на прицепе к трактору С-100 и состоит из двух частей — рыхлителя-подогревателя и виброуплотнителя. Рыхлительподогреватель имеет зубовую фрезу диаметром 800 мм, которая делает от 150 до 500 об/мин. В измельченный и перемешанный снег, отбрасываемый фрезой, вносится тепловая энергия с помощью горячих газов, образующихся в двух тепловых камерах, снабжен­ ных форсунками и вентилятором. После тепловой обработки снег подвергается уплотнению виброуплотнителем с возмущающей силой до 4 Т, числом колебаний от 2000 до 4500 в минуту при удельном давлении от 0,15 до 0,60 кГ/см2.Агрегат ГПИ имеет ширину захвата 2200 мм.

Зимние дороги, уплотненные термовибрационным способом, об­ ходятся в 3 раза дешевле зимних дорог, расчищаемых бульдозера­ ми и обрабатываемых гладилками даже в лесных районах, где за­ носы дорог от метелей и пурги считаются редким явлением. Срок службы этих дорог весной удлиняется на 2—2,5 недели по сравне­ нию с продолжительностью обычного таяния снега иа полях.

Автомобили и дорожные машины северного исполнения надо эксплуатировать на зимниках, построенных новейшими технически­ ми методами. В этом случае для перевозок грузов по зимникам мо­ гут использоваться любые средства наземного транспорта. Многие автозимники строятся крайне примитивными техническими средст­ вами, что обходится очень дорого (более 2000 руб. за 1 км при ши­ рине проезжей части 8—9 м ) .

Фрезерование и уплотнение снега термовибрационными маши­ нами типа СУМ-280 дает наилучшее уплотнение по сравнению с тра-

141

диционными способами и обеспечивает достаточную твердость про­ езжей части, чтобы автомобили средней грузоподъемности после многократных проходов не нарушали верхнего покрова.

Расчеты канд. экон. наук Ю. М. Догаева показывают, что при серийном производстве термовибрационных машин и использова­ ния для их буксировки мощных тракторов стоимость строительства 1 км зимней дороги при ширине 9 м составит не более 360 руб., а это в 5—6 раз меньше стоимости строительства традиционными ме­ тодами. В целом по зоне Севера ожидаемый экономический эффект от применения термовибрационных машин составит около 55 млн. руб. в год.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЬДА РЕК И ОЗЕР ДЛЯ ЗИМНИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И РАСЧЕТ ДОПУСТИМОЙ НАГРУЗКИ НА ЛЕД

Строительство и эксплуатация зимних автомобильных дорог по льду рек и озер обходится наиболее дешево. Рассмотрим частный случай расчета ледяной переправы, характерной для зимней авто­ мобильной дороги.

Прокладка и эксплуатация ледяных переправ в обычных усло­ виях слагается из следующих элементов: выбора направления, ти­ па переправы и определения возможной продолжительности ее эксплуатации, строительства и эксплуатации переправы и искус­ ственных сооружений.

В первый период после ледостава скорость образования льда в зависимости от температуры воздуха и скорости течения составляет от 1 до 3 см в сутки. Однако на некоторых северных реках имеются порожистые места, перепады, быстрины, где лед вообще не обра­ зуется (даже при температуре воздуха —65°С), а если и образует­ ся, то при небольшом повышении температуры быстро размывается водой, образуя полыньи. Возможное увеличение толщины ледяного покрова за определенный период подсчитывают по эмпирической формуле

h = уЛо + уУ,і,

где /г0 — начальная толщина льда, см\ Ht — сумма ожидаемых сред­ несуточных температур за период; у — коэффициент: для рек — 4; морских заливов — 5; для озер — 6.

Максимальной несущей способностью обладает нижний кристал­ лический слой льда, и в основном от его толщины зависит рас­ четный вес нагрузки, выдерживаемой льдом. Переправы по своей надежности разделяются на нормальные, с пониженным запасом прочности и на пределе прочности.

Величину допустимой нагрузки для автомобилей по неусилен­ ному льду определяют по формуле

100

где Рт — допустимая нагрузка, т\ N — коэффициент запаса прочно­ сти и учета трещин (табл. 36); /г— фактическая наименьшая тол­ щина льда без снежного покрова, м\ S —коэффициент учета соле­ ности; для рек и пресных озер — 1; для морских заливов вблизи устья рек — 0,85; для морских заливов и соленых озер — 0,7; К — температурный коэффициент; при отрицательных температурах воз­ духа определяется, по формуле

взятая с положительным знаком (температурную поправку учиты­ вают лишь при температуре минус 12°С и ниже); при положитель­ ных температурах воздуха К = 1 —0,05 п, где п ■—число дней с момента появления воды на льду.

Для пропуска транспортных средств на гусеничном ходу весом до 18 т по неусиленному льду расчетная формула имеет вид:

/>T = ^ A * /C S

N

для тех же транспортных средств весом 18 т и более

Практикой установлено, что лед на широких и глубоких плесах выдерживает меньшую нагрузку, чем на перекатах или суженных участках рек с наименьшими глубинами, с большими скоростями по­ тока воды, так как лед на таких участках обычно обладает большей прочностью.

Если толщина льда недостаточна для движения транспортных средств заданного веса, то переправу (участок зимника) можно уси­ лить намораживанием.

Общая толщина намороженных слоев не должна превышать 7з толщины естественного льда. В противном случае возможно подтаи­ вание снизу естественного кристаллического льда.

143

Во избежание разрушения основного ледяного покрова усили­ вать лед намораживанием разрешается только при температуре воздуха ниже минус 10° С. При этом надо учитывать, что прочность намораживаемого льда в 2 раза ниже прочности естественного.

ЛЕДЯНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Для некоторых рек европейской части СССР усиление ледяной перепрывы намораживанием практических результатов не давало, так как выигрыш нескольких дней в начале эксплуатации перепра­ вы терялся весной: переправа становилась непригодной из-за более интенсивного таяния намороженного слоя.

Для предохранения льда от растрескивания и механического из­ носа, а также лучшего сцепления колес и гусениц с полотном доро­ ги во время снегоуборочных работ целесообразно оставлять на про­ езжей части слой рыхлого снега высотой 5—10 см или 3—5 см — слежавшегося.

При резких спадах воды надо внимательно следить при помощи контрольных лунок за состоянием льда и уменьшать допускаемую нагрузку на 20%.

Лед, не лежащий непосредственно на поверхности воды, очень ненадежен и, как правило, для переправы непригоден (за исклю­ чением участков сплошного промерзания). Это надо учитывать, так как зимой при понижении уровня воды бывают случаи, когда лед примерзает к берегам и не сразу опускается, тогда между льдом п водой образуется воздушная полость. Способность льда выдержи­ вать нагрузки, помимо его механической прочности, характеризует­ ся еще и его плавучестью (удельный вес льда 0,9). Кроме того, бла­ годаря известной упругости льда нагрузка распределяется на поло­ су его шириной до 10—15 м. Наблюдениями установлено, что при понижении горизонта воды и наличии воздушной полости прочность льда может уменьшаться более чем в 2 раза.

Для усиления льда переправы и для более равномерного распре­ деления давления на лед применяют доски, брусья и хворост. На расчищенной от снега полосе шириной 5—б м укладывают настил толщиной 5-—8 см, который засыпают тонким слоем битого льда или снега толщиной 4—6 см и заливают водой. Скорость наращивания льда зависит от температуры воздуха. Время замораживания насти­ ла толщиной 7 см, залитого водой, зависит от температуры возду­ ха, так при:

При строительстве Братской ГЭС на р. Ангаре широко применя­ ли усиление ледяной переправы лежневым настилом, что увеличило более чем на месяц время эксплуатации ледяной переправы (с уче­ том своевременной уборки лежневого настила со льда), сохранило

144

транспортную связь между берегами, несколько увеличило вес одиночно пропускаемых грузов, а также усиливали переправу на запасных полосах движения в. феврале-марте, когда полосы движе­ ния интенсивно эксплуатировались.

Расчет переправ с верхним строением сводится, по данным Гид­ роэнергопроекта, к определению рабочей длины прогонов, рабочей длины поперечин и грузоподъемности переправы:

и

где d — длина прогонов, см; d0— длина базы нагрузки, см; h — на­ именьшая толщина льда, см; т — число прогонов; B d — жесткость прогонов, кГ/см2; b — рабочая длина поперечин, см; Ь0— расстоя­ ние между осями колей, см; ВЬ — жесткость поперечин, кГ/см2; б — расстояние между поперечинами, см.

инерции поперечного сечения балки относительно нейтральной оси,

смА.

Допускаемую нагрузку для переправ с верхним строением опре­ деляют так:

Pt = -гг ax^KS,

N

где x = h—0,IP; N — коэффициент запаса прочности и учета тре­ щины (см. табл. 35); Р — вес погонного метра конструкции верхне­ го строения пути, т; h — толщина льда, м;

b — рабочая длина поперечин, м; d — длина прогонов, м.

Значение х5/4 можно определить из графика (рис. 116). Для этих переправ коэффициент запаса прочности и учета трещин мож­ но принимать более низким, т. е. для нормальной переправы не 1,6, а 1,2—1,4.

наружный колесоотбойный брус сечением 20X20 см и внутренний— 10X10 см.

145

странения волны подо льдом в неглубоком водоеме определяется по формуле Лагранжа

9,81 м/сек2-,V .— скорость распространения волны, км/ч.

В зависимости от скорости движения распространение подлед­ ной волны может отставать от автомобиля или опережать его. Если скорости подледной волны и автомобиля совпадают, нарушается ледяной покров.

Наиболее неблагоприятной является скорость движения в ин­ тервале 30—40 км/ч, так как при этом лед максимально раскачи­ вается.

На ледяной переправе на р. Волге® районе г. Куйбышева было обнаружено активное образование параллельно идущих и перекре­ щивающихся трещин на расстоянии 30—40 м от берега.

146

Глубина реки в этом 'месте достигала 8 м, скорость движения автомобилей вместо разрешенной 10—15 км/ч составляла 25— 30 км/ч, т. е. была близка к критической скорости распространения волны в водоеме (30 км/ч).

После снижения скорости автомобилей на этом участке перепра­ вы до 10—15 км/ч колебания льда и образование трещин прекра­ тилось.

При работе на ледяных переправах необходимо определять до­ пускаемое время стоянки автомобилей на льду, так как при дли­ тельной нагрузке лед деформируется, что может привести к его разрушению. По истечении допускаемого времени стоянки автомо­ биль с грузом надо передвигать на новое место.

Допускаемое время стоянки автомобиля вычисляют по формуле

( Р т - / 5)2

данной толщины, Г; Ѳ—коэффициент, учитывающий состояние льда и условия стоянки.

Значения коэффициента 0 для:

Особое внимание должно быть уделено эксплуатации ледяных переправ в весенний период и в дни оттепели.

При положительных температурах наружного воздуха проис­ ходит перекристаллизация льда, лед приобретает игольчатую структуру, а его прочность снижается в 2 раза и более.

Весной на полосах движения скапливается значительное коли­ чество воды, образующейся от таяния снега, лежащего на льду. Через три-четыре дня после появления на льду талой воды несущая способность льда значительно снижается. Можно допускать дви­ жение автомобилей через переправы, покрытые слоем воды не более 40 см (при условии достаточной прочности льда). При толщине льда 40—45 см без создания верхнего настила движение автомобилей становится опасным. С наступлением оттепелей необходимо прини­ мать меры к уборке снежных валов с границ полосы расчистки, отводу воды с полос движения в пробиваемые лунки за пределы по­ лосы движения; необходимо также организовать тщательное наблю-

147

дение за уменьшением толщины льда и переключать движение транспортных средств туда, где это возможно, на ненаезженные полосы.

Толщину льда при строительстве ледяных дорог и переправ контролируют сверлением отверстий или лунок во льду через 25 м или через 100 м по краям полосы расчистки. Толщина льда на пере­ правах колеблется от 0,6 до 2,1 м в зависимости от температуры и скорости течения реки в данном месте.

Наименьшая допустимая толщина пресноводного льда (лед со­ прикасается с водой) при температуре воздуха от минус 1 до минус 12° С для отечественных автомобилей приведена в табл. 37.

148

Для Финского залива Балтийского моря толщина льда должна быть увеличена на 20%, а для морей Охотского, Восточно-Сибир­ ского и Лаптевых — на 25—30%.

Перед началом перевозок делают ориентировочный расчет для определения возможной нагрузки, которую способен выдержать имеющийся ледяной покров. За расчетную толщину льда в этом случае принимают толщину, определяемую по формуле П. И. Ле­ бедева,

чистого прозрачного льда, см\ Іц — толщина мутного слоя льда, дм\

циент при температуре воздуха ниже нуля, равный 1, при темпера­ туре выше нуля — 0,8.

Практически при расчетах допустимой нагрузки верхний мутный слой льда нужно брать с поправочным коэффициентом 0,5.

ка, Т.

При высокой интенсивности движения автомобилей на перепра­ вах и неоднородности льда вводится для толщины слоя льда допол­ нительный коэффициент запаса, равный 1,2—1,25.

Для льда морских заливов и соленых озер полученные ориенти­ ровочные толщины слоя льда должны быть увеличены еще на 20%.

ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ ПО ЛЬДУ РЕК И ОЗЕР

Перед началом движения автомобилей по льду необходимо тща­ тельно изучить состояние берегового участка переправы и пригод­ ность ее для прокладки дороги, по которой автомобили должны въезжать на лед и выезжать со льда. При этом следует учесть, что