Устройство для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 625.768.5

В. М. Козин, В. Л. Земляк, Н. В. Протасов

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ С ПОВЕРХНОСТИ АЭРОДРОМНЫХ И ТВЁРДЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕДЯНОГО И СНЕЖНОГО НАКАТОВ

Предложены запатентованные авторами способы и устройства для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов. Работоспособность предложенных устройств проверена при проведении натурных испытаний.

Ключевые слова: лёд, разрушение, резание, устройство, режущие диски.

Под ледяным и снежным накатом понимают слои льда и уплотнённого снега, примерзшие к поверхности дорожных покрытий. Удаление наката с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий осуществляют с помощью снегоочистителей, рабочими органами которых могут быть бульдозеры, плунжеры, щётки, фрезы, роторы и т. п. Часто в качестве снегоочистительного устройства используется нож грейдера. Недостатком данного устройства, представляющего собой нож с прямой режущей кромкой, является невозможность отслеживания формы поверхности дорожного покрытия, что может привести к повреждению покрытия, канализационных люков, бордюров, поребриков и т. п. Для решения данной проблемы были предложены устройства, снижающие вероятность повреждения твёрдого покрытия и сопутствующих конструкций.

Устройство для удаления ледяного и снежного накатов [2] представляет собой элементы, выполненные в виде дисков, посаженные с определённым эксцентриситетом на оси, сопряжённые между собой по направлению движения под углом более 180 градусов. В зависимости от характеристик наката угол между осями может изменяться. Диски пассивно вращаются от буксирующего усилия P и сил трения между ними и поверхностью наката. Частота угловой скорости вращения и амплиту-

Козин Виктор Михайлович — доктор технических наук, профессор (Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, Комсомольск-на-Амуре); e-mail: [email protected].

Земляк Виталий Леонидович — кандидат физико-математических наук, доцент, проректор по научной работе и инновациям (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); e-mail: [email protected].

Протасов Николай Валерьевич — аспирант (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); e-mail: [email protected].

© Козин В. М., Земляк В. Л., Протасов Н. В., 2018

98

да вертикальных колебаний дисков определяется их диаметром, эксцентриситетом е и поступательной скоростью буксирующего транспортного средства, движущегося по дорожному покрытию с необходимой скоростью, к которому прикреплено устройство. Для создания необходимых скалывающих усилий диски нагружаются соответствующей вертикальной нагрузкой. Кромка каждого диска имеет угол заточки, обеспечивающий максимальную интенсивность скола ледяного и снежного наката. Расстояние между дисками В выбирается так, чтобы обеспечить отде-ляемость от дорожного покрытия фрагментов наката.

Изобретение работает по следующему принципу (рис. 1). По поверхности дорожного покрытия 1, имеющего ледяной или снежный накат 2, с помощью транспортного средства буксируют устройство, которое выполнено в виде дисков 3, посаженных с определённым эксцентриситетом на оси 4, имеющих между собой сопряжённые. Угол между осями у подбирается в зависимости от характеристик наката его толщины и прочности. Уменьшение угла приводит к увеличению касательных напряжений, т. е. сдвиговых деформаций. Диски пассивно вращаются и катятся по поверхности покрытия.

При движении дисков происходит их внедрение в накат с помощью необходимой вертикальной нагрузки, в результате возникают нормальные N и касательные напряжения Т, достаточные для отрыва фрагментов наката от покрытия. Угол поворота дисков /, устанавливаемый с помощью гидропривода, задают таким образом, чтобы интенсивность разрушения наката была максимальной. Режущая кромка дисков имеет определённый угол заточки, обеспечивающий максимальную интенсивность скола. Расстояние между дисками должно обеспечивать гарантированную отделяемость от покрытия фрагментов наката, расположенных между плоскостями дисков, при их максимальной ширине. Посадка дисков на оси с заданным эксцентриситетом обеспечит периодичность механического воздействия на накат, т. к. при поступательном перемещении будут возникать вертикальные колебания, повышающие интенсивность механического воздействия устройства на накат. Для обеспечения наиболее эффективного периодического воздействия на накат нагружение устройства осуществляют с частотой, равной собственной частоте вертикальных колебаний, что неизбежно вызовет резонансное увеличение амплитуд колебаний устройства и увеличение скалывающих усилий.

Если при движении устройства регулировать изменение величины эксцентриситета дисков, это даст возможность регулировать величину вертикальной нагрузки на накат при неизменных параметрах устройства [5]. Для изменения величины эксцентриситета в дисках 3 выполнены пазы 5, в которых при помощи крепления 6 фиксируются оси 4. Вращением винта 7 крепления 6 изменяют величину е (рис. 2).

99

Рис. 1. Устройство для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов

(патент на изобретение РФ № 2361036)

Рис. 2. Устройство для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов

(патент на изобретение РФ № 2416689)

100

При разрушении ледяного и снежного наката малой толщины величину эксцентриситета уменьшают, что снижает повреждаемость дорожного покрытия. При буксировке устройства по накату большой толщины величину эксцентриситета увеличивают, нагрузка на накат в этом случае возрастает, что позволит уменьшить количество проходов для полного разрушения наката.

Также очевидно, что в зависимости от параметров системы «устройство-накат» её собственные частоты могут изменяться в широком диапазоне. Максимальная скорость буксировки, зависящая от мощности транспортного средства и параметров наката, может оказаться недостаточной для резонансного увеличения амплитуд колебаний устройства. В этом случае частоту вертикальных колебаний устройства можно кратно, т. е. в 2, 4 и т. д. раз увеличить путём последовательного поворота дисков с заданным эксцентриситетом относительно друг друга соответственно на 180°, 90° и т. д. по отношению к первоначальному положению, т. е. когда эксцентриситеты всех дисков ориентированы в одном направлении [6]. Для поворота дисков 3 на угол 5 и фиксации их на осях 4 установлены приспособления 5 (рис. 3). С целью увеличения частоты вертикальных колебаний устройства в 2 раза при неизменной скорости буксировки диски поворачивают на угол 5 = 180°; в 4 раза — 5 = 90° и т. д.

Рис. 3. Устройство для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов

(патент на изобретение РФ № 2416690)

101

Для отслеживания неровностей, неизбежно встречающихся на дорожном покрытии, посадка дисков на свои собственные оси может осуществляться с помощью подпружиненных подвесок, обеспечивающих их взаимодействие с покрытием в плавающем режиме [4]. Подпружинен-ность подвесок, состоящих из вилок 7, пружин 8 и креплений 9 (рис. 4), будет обеспечивать постоянность вертикальных усилий на каждом диске независимо от неровностей поверхности, что уменьшит степень его повреждаемости. Для этого в нижних полках 10 каркасов 5 и 6 выполнены направляющие вырезы 11, позволяющие вилкам 7 перемещаться только вертикально.

р

3

6 7,- "У"'! т\ s/ © 4- У 9

<Л/

><бД">

А-А Вид Б

Рис. 4. Устройство для удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов

(патент на изобретение РФ № 2416688)

102

Для повышения эффективности работы грейдера при очистке дорожного покрытия от наката может быть использован способ, реализуемый путём периодического создания в накате нормальных и касательных усилий с частотами, равными собственным частотам вертикальных и горизонтальных колебаний устройства, с помощью которого осуществляют воздействие [3].

Для разрушения наката нормальными и касательными напряжениями требуется определённый вес нагружающего устройства, преодолевающего сопротивление наката при его разрушении. При динамическом воздействии на накат устройство в разных направлениях будет иметь различные моменты инерции, поэтому собственные частоты в вертикальном и горизонтальном направлениях будут отличаться. Следовательно, для возбуждения резонансных вертикальных и горизонтальных колебаний, увеличивающих интенсивность воздействия, на устройство необходимо установить два вибратора, работающих независимо друг от друга и возбуждающих колебания с частотами, равными собственным частотам собственных колебаний устройства, что обеспечит возникновение резонансных колебаний.

Для реализации способа по поверхности твёрдого покрытия 1 с ледяным или снежным накатом 2 при помощи грейдера начинают перемещать устройство, выполненное в виде дисковых ножей 3, насаженных на две оси 4, которые при помощи подшипников 5 закреплены каждая на своей раме 6 (рис. 5).

Рамы при помощи шарнира 7 и балки 8 заключены в общий каркас (состоящий из рам 6 шарнира 7 и балки 8), на котором жёстко с ним закреплены вибраторы 9, способные возбуждать вертикальные и горизонтальные колебания устройства с изменяемой частотой. Рамы 6 оснащены приспособлениями 10, с помощью которых их можно устанавливать под углом а друг к другу в горизонтальной плоскости и тем самым изменять касательные усилия. При движении устройства за счёт толкающего усилия грейдера Р и сил трения, возникающих в местах контакта дисковых ножей с поверхностью покрытия, диски начнут пассивно вращаться. За счёт собственного веса устройства и ориентации осей по отношению друг к другу под углом а в накате будут возникать нормальные N и касательные Т усилия, а на накат будет осуществляться механическое воздействие ножей 3, разрушающих накат 2 на обломки 11. Устройство установлено впереди ножа 12 грейдера, толкающего устройство при помощи упоров 13. Нож грейдера перемещает обломки наката 11 за пределы проезжей части в область 14. Для увеличения интенсивности разрушения воздействие осуществляют путём периодического создания в накате нормальных и касательных усилий с частотами, равными собственным частотам, соответственно вертикальным и горизонтальным колебаниям устройства.

103

Рис. 5. Способ удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов

(патент на изобретение РФ № 2390602)

Для проверки работоспособности предложенных устройств ранее авторами был выполнен предварительный эксперимент, показавший высокую эффективность и простоту работы устройства по очистке твёрдого дорожного покрытия от снежного и ледяного наката (рис. 6).

104

Рис. 6. Очистка твёрдого дорожного покрытия от снежного и ледяного наката предложенным устройством [1]

Список литературы

1. Козин В. М., Литовченко А. К., Макеева В. С. Совершенствование технологии удаления ледяного и снежного наката с поверхности дорожного покрытия / / Строительные и дорожные машины. 2011. № 1. С. 25 — 31.

2. Способ удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов: патент 2361036 РФ: МПК Е01Н 5/12, Е01Н 5/00 / В. М. Козин, М. В. Козин, А. М. Ворончихина, В. С. Макеева. № 2007108459/11; за-явл. 06.03.2007; опубл. 10.07. 2009. Бюл. № 19. 4 с.

3. Способ удаления с поверхности аэродромных и твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов: патент 2390602 РФ: МПК Е01Н 5/10 / В. М. Козин, М. В. Козин, А. М. Ворончихина, В. С. Макеева. № 2007113547/11; заявл. 11.04.2007; опубл. 27.05. 2010. Бюл. № 15. 4 с.

4. Устройство для удаления с поверхности твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов: патент 2416688 РФ: МПК Е01Н 5/00 / В. М. Козин, А. К. Литовченко, В. С. Макеева. № 2009143182/21; заявл. 23.11.2009; опубл. 20.04.2011. Бюл. № 11. 5 с.

5. Устройство для удаления с поверхности твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов: патент 2416689 РФ: МПК Е01Н 5/00 / В. М. Козин, А. К. Литовченко, В. С. Макеева. № 2009143184/21; заявл. 23.11.2009; опубл. 20.04.2011. Бюл. № 11. 4 с.

6. Устройство для удаления с поверхности твёрдых дорожных покрытий ледяного и снежного накатов: патент 2416690 РФ: МПК Е01Н 5/00 / В. М. Козин, А. К. Литовченко, В. С. Макеева. № 2009143179/21; заявл. 23.11.2009; опубл. 20.04.2011. Бюл. № 11. 5 с.

Kozin Victor M., Zemlyak Vitaly L., Protasov Nikolai V. DEVICE FOR REMOVAL OF ICE AND SNOW SLIPPERY COATS FROM SURFACE OF AERODROME AND HARD ROAD CARPETS

(''Institute of Machining and Metallurgy, FEB RAS, Komsomolsk-on-Amur ; 2 3Sholom-Aleichem Priamursky State University, Birobidzhan)

Proposed methods and devices patented by the authors for removal of ice and snow slippery coats from surface of aerodrome and hard road carpets. The efficiency of the proposed devices has been verified during field trials.

Keywords: ice, destruction, cutting, the device, cutting disks.

105

References

1. Kozin V. M., Litovchenko A. K., Makeeva V. S. Perfecting technology of removal from firm road surface ice and snow covering [Sovershenstvovanie tekhnologii udaleniya ledyanogo i snezhnogo nakata s poverhnosti dorozhnogo pokrytiya], Stroitel'nye i dorozhnye mashiny, 2011, no. 1, pp. 25—31.

2. Kozin V. M., Kozin M. V., Voronchihina A. M., Makeeva V. S. Sposob udaleniya s poverhnosti aerodromnyh i tvyordyh dorozhnyh pokrytij ledyanogo i snezhnogo nakatov (Method for removal of packed ice and snow from surface of aerodrome and solid road surfaces), patent 2361036 RU, IPC E01H 5/12, E01H 5/00, publ. 07/10/2009, Bull. No. 19. 4 p.

3. Kozin V. M., Kozin M. V., Voronchihina A. M., Makeeva V. S. Sposob udaleniya s poverhnosti aerodromnyh i tvyordyh dorozhnyh pokrytij ledyanogo i snezhnogo nakatov (Method for removal of packed ice and snow from surface of aerodrome and solid road surfaces), patent 2390602 RU, IPC E01H 5/10, publ. 05/27/2010, Bull. No. 19. 4 p.

4. Kozin V. M., Litovchenko A. K., Makeeva V. S. Ustrojstvo dlya udaleniya s poverhnosti tvyordyh dorozhnyh pokrytij ledyanogo i snezhnogo nakatov (Device to remove ice and snow tracks from hard road covering), patent 2416688 RU, IPC E01H 5/00, publ. 04/20/2011, Bull. No. 11. 5 p.

5. Kozin V. M., Litovchenko A. K., Makeeva V. S. Ustrojstvo dlya udaleniya s poverhnosti tvyordyh dorozhnyh pokrytij ledyanogo i snezhnogo nakatov (Device to remove ice and snow tracks from hard road covering), patent 2416689 RU, IPC E01H 5/00, publ. 04/20/2011, Bull. No. 11. 4 p.

6. Kozin V. M., Litovchenko A. K., Makeeva V. S. Ustrojstvo dlya udaleniya s poverhnosti tvyordyh dorozhnyh pokrytij ledyanogo i snezhnogo nakatov (Device to remove ice and snow tracks from hard road covering), patent 2416690 RU, IPC E01H 5/00, publ. 04/20/2011, Bull. No. 11. 5 p.

•Jc -Jc -Jc

106