В настоящее время на Севере и в Сибири, в связи с суровыми климатическими условиями, большим количеством болот, сильным обводнением грунта, недостаточно развитой системой коммуникации, слаборазвитая сеть дорог не позволяет в летний период производить транспортировку грузов в этих районах. Поэтому весь объем перевозок происходит в зимнее время года с использованием временных дорог-автозимников. Автозимники, чье полотно и дорожная одежда состоит из снега, льда, мерзлого грунта с грунтовым и ледяным основанием, являются доступным вариантом решения проблемы транспортного обеспечения объектов.
В зависимости от местности используются различные конструкции снеголедовых дорог (автозимников):
1. На прочных грунтовых основаниях и полностью промерзающих болотах рекомендуется возводить дороги с поперечным профилем.
2. На промерзающих заболоченных участках, по поймам и долинам рек рекомендуется строить дороги с поперечным профилем.
3. Наибольшие сложности представляет строительство зимних дорог на плохо промерзающих сырых участках и болотах. В этом случае рекомендуется использовать конструкцию основания. Отличительной его особенностью является искусственное усиление за счет хворостяной выстилки или бревенчатого настила.
4. На мелких болотах (глубиной до 3 м) используют хворостяные выстилки в один или в два взаимно перпендикулярных слоя толщиной 0,2…0,3 м. На средних по глубине болотах применяют редкий бревенчатый настил, уложенный перпендикулярно оси дороги с шагом между бревнами 0,5…0,7 м. На глубоких болотах устраивают сплошной настил с укладкой его на продольные лежни.
5. В районах со снегопереносом более 200 м3 на метр дороги в ед. времени, в районах с легко ранимым торфяным покровом, в местах пересечения оврагов и балок, на участках с резкими переломами продольного профиля зимние дороги делаются с полотном в виде насыпи из снега. Рост объемов дорожно-строительных работ в зимних условиях требует не только дальнейшего укрепления производственной мощности дорожно-строительных организаций, но и существенного улучшения организации, технологии строительства, а также изобретения новой специализированной техники или модернизации уже имеющейся [1].
В связи с этим предлагается термоагрегат для увлажнения снежной массы при строительстве временных зимних дорог в северных районах, работающий в комплекте со снегоуплотняющей машиной и предназначенный для увлажнения промороженной снежной массы на заданную глубину формируемого дорожного покрытия непосредственно перед уплотнением, с целью придания ей состояния, способствующего оптимальной уплотняемости и образованию прочного снеголедового слоя при последующем промораживании, обычно в естественных условиях [2].
Для разработки термоагрегата для увлажнения снежной массы было рассмотрено оборудование для тепловой обработки снега [3–5].
Дисперсный способ растепления снега часто реализуют в машинах, предназначенных для перемешивания снежного массива. В частности, для этой цели находит применение фрезерно-тепловой агрегат А.С. № 1010177 (рис. 1), основанный на подаче горячих газов в снег, поднятый и распыленный поперечной фрезой. Недостатком фрезерно-теплового агрегата является его сложность при эксплуатации и низкий коэффициент использования энергии сжигания топлива за счет кратковременности контакта газов со снежными частицами.
Рис. 1. Фрезерно-тепловой агрегат
Поверхностный способ растепления снега и льда реализован в разработанной по А.С. № 1194949 (рис. 2) тепловой машине для удаления гололеда и снега с аэродромных покрытий. Недостатки поверхностного растепления обусловлены низкой теплопроводностью снега и быстрым падением газо- и водопроницаемости снежного массива при оплавлении пограничного слоя. Эти же недостатки присущи и оборудованию в виде нагреваемых дисков, ножей или зубьев.
Рис. 2. Схема тепловой машины для удаления гололеда и влаги
Недостатком указанных устройств является сложность конструкций, обусловленная сложностью электронагревательных приспособлений и тепловых агрегатов, что приводит к снижению производительности, повышению энергозатрат и надежности работы машины в целом.
После проведения патентного анализа были выявлены достоинства и недостатки существующих конструкций для увлажнения снежной массы, которые были учтены при проектировании многофункционального термоагрегата.
Цель изобретения – улучшение процесса перемешивания увлажняемой снежной массы.
Это достигается тем, что термоагрегат для увлажнения снега содержит раму и смонтированный на раме тепловой агрегат, снабженный гидродвигателями, обеспечивающими вращение вокруг вертикальной оси с оптимальной угловой скоростью П-образных ножей. На рис. 3 изображено предлагаемое устройство.
Рис. 3. Термоагрегат для увлажнения снежной массы: 1 – паровой котел; 2 – топливопровод; 3 – паропровод; 4, 5 – подвеска; 6 – гидродвигатель; 7 – насос; 8 – емкость для топлива; 9, 14 – лыжа; 10 – гидроцилиндр; 11 – шлейф-уловитель пара; 12 – поперечный брус рамы; 13 – нож; 15 – поворотный круг; 16 – прицепное устройство
Рис. 4. П-образные ножи: 1 – рама; 2 крепление П-образного ножа; 3 – крепление рамы; 4 – П-образный нож
Термоагрегат для увлажнения снега состоит из рамы с установленными на ней П-образными ножами (рис. 4).
На раме установлен паровой котел и емкость для топлива с насосом и топливопроводом. Ножи установлены на поперечном брусе рамы с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с помощью гидродвигателей и соединены с паровым котлом через внутреннюю полость поперечного бруса и паропровода. Рама термоагрегата смонтирована на лыжах и перемещается тягачом, с которым она связана прицепным устройством. Причем первая по ходу движения лыжа крепится к раме через поворотный круг. На поперечном брусе шарнирно подвешены с обеих сторон два шлейф-уловителя пара. Поперечный брус крепится к раме с помощью двух подвесок и двух гидроцилиндров.
Поперечный брус представляет собой сварную конструкцию из двух швеллеров и имеет прямоугольную форму в поперечном сечении. Внутренняя часть полая, а наружная поверхность покрыта слоем термоизоляционного материала. В верхней части закреплены гидродвигатели и паропровод, а с нижней стороны установлены ножи.
Ножи представляют собой пароприемную камеру в средней части, выполнены в передней и нижней частях острыми с режущими кромками, в задней части – представляют собой распорную стенку с сопловыми отверстиями.
Термоагрегат работает следующим образом. Перед обработкой снежной массы ножи с помощью гидроцилиндров частично выдвигаются до контакта со снежной поверхностью, включаются гидродвигатели вращения ножей и еще дополнительно ножи опускаются в снежную массу [6–9].
Из парового котла через паропровод, внутреннюю полость поперечного бруса и отверстия в верхней цилиндрической части ножей пар под давлением поступает в полость пароприемной части, откуда через сопловые отверстия струей попадает по нарезаемым ножами круговым канавкам в снежную массу, перемешиваясь с ней. Форма прорезей обеспечивает сравнительно высокие давление и скорость пара на выходе в снежный покров и тем самым глубокое проникновение в снег по вертикали и одновременное растапливание его. Выход пара из канавок сверху ограничен корытообразным шлейф-уловителем пара [10, 11].
Растапливание снега по глубине регулируется соответствующим комплектом ножей, а в горизонтальной плоскости – необходимой частотой вращения ножей в сочетании со скоростью движения агрегата, количеством и давлением подаваемого теплоносителя [12, 13].
Уплотнение расплавленной снежной массы частично обеспечивается задней по ходу движения лыжей агрегата, а основательно – уплотнителями, работающими в комплекте с термоагрегатом.
Спроектированный термоагрегат позволит более равномерно распределять влагу в разрыхляемую снежную массу, что будет способствовать увеличению несущей способности полотна снеголедовой дороги.
Рецензенты:
Захаров Н.С., д.т.н., профессор, действительный член Российской академии транспорта, г. Тюмень;
Торопов С.Ю., д.т.н., профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.
Библиографическая ссылка
Мадьяров Т.М., Костырченко В.А., Серебренников А.А., Мерданов Ш.М. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕРМОАГРЕГАТ ДЛЯ УВЛАЖНЕНИЯ СНЕЖНОЙ МАССЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9-2. – С. 278-281;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39089 (дата обращения: 19.04.2024).