Способ уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий и машина для его осуществления

 

Использование: для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий. Сущность изобретения: машина для уборки снежно-ледяных образований содержит самоходное шасси, на котором установлена емкость, заполненная слабым раствором химических реагентов, рабочий орган, связанный с базовым шасси посредством механизма. На самоходном шасси установлены электрогенератор и генератор электроимпульсов. Генератор электроимпульсов подключен к электрогенератору, блоку станции управления и связан через распределитель электроимпульсов с разрядниками, размещенными на раме рабочего органа. Генератор электроимпульсов вырабатывает электроимпульсы высокого напряжения - 40 - 50 кВ, которые распределяются между разрядниками. Частота повторения электроимпульсов пропорциональна скорости движения базового шасси. Электроды разрядника выполнены в виде двух коаксиально расположенных труб, жестко связанных между собой электроизолятором. Внешняя труба в нижней части выполнена в виде колокола, обращенного к дорожному покрытию, на наружной поверхности которой выполнены ребра жесткости, внутренняя труба подключена через электроизоляционный коллектор, резиновый шланг, приводной вентиль и приводной насос к емкости с текучей средой. Рама выполнена в виде редуктора, приводящего во вращение разрядники, которые фрезеруют массив снежно-ледяного образования и разрушают его при высоковольтном разряде в среде слабого раствора химических реагентов. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии зимнего и летнего содержания автомобильных дорог и городских территорий, в частности к способам и машинам для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий.

Известен способ разрушения снежно-ледяных образований на автодорогах, заключающийся в распределении предварительно нагретых химических реагентов по обледеневшему дорожному покрытию и разрушении снежно-ледяных образований механическим воздействием. Для повышения эффективности путем увеличения концентрации химических реагентов непосредственно на граничной поверхности контакта снежно-ледяных образований с дорожным покрытием химические реагенты нагревают до температуры в диапазоне от 160^оС до температуры плавления химических реагентов. Нижний предел указанного диапазона температур соответствует толщине образований, равной размеру частиц реагента, а повышение температуры осуществляют пропорционально увеличению указанного минимального значения.

Недостаток известного способа высокая энергоемкость за счет расхода топлива на нагрев химических реагентов в пределах 160-180^оС, высокий расход химических реагентов, распределяемых равномерным слоем по обледеневшей поверхности дорожного покрытия, а также высокое загрязнение окружающей среды.

Известен способ уборки снежно-ледяного образования с дорожный покрытий (а.с. N 1418391, кл. E 01 H 5/12, 1987), включающий распределение жидких химических реагентов по поверхности дороги и механическое удаление разрушенного снежно-ледяного образования. Для обеспечения интенсификации процесса и снижения расхода химических реагентов на снежно-ледяное образование воздействуют ультразвуковым излучением одновременно с распределением химических реагентов. В слое снежно-ледяных образований под действием ультразвука возникают кавитации и акустические течения, которые размягчают лед, разрушая его структуру.

Недостаток способа узкий диапазон использования способа из-за наличия камеры с излучателем ультразвуковых колебаний, взаимодействующий непосредственно с дорожным покрытием, при этом кавитация и акустические течения возникают в жидкости. Следовательно, для осуществления способа необходим относительно большой расход жидких химических реагентов.

Известен способ уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий и устройство для его осуществления [1] заключающийся в формировании в массиве снежно-ледяного образования канавок, расположенных вдоль дорожного полотна и удалении его механическими средствами. Для повышения качества уборки канавки выполняют трапецеидальной формы с большим основанием, обращенным к поверхности дорожного покрытия, после чего воздействуют на наклонные стенки канавок симметричным раздвигающим усилием.

Недостаток способа низкая производительность способа из-за наличия клиновидных ножей, требующих высоких энергетических затрат большого расхода топлива. В способе отсутствуют приемы для растапливания снежно-ледяного образования и сбора воды. Уборка снежно-ледяного образования механическими средствами не обеспечивает высокого качества уборки дорожного покрытия.

Известна машина для очистки от льда аэродромных и дорожных покрытий [2] содержащая раму, на которой установлены последовательно по ходу движения излучатель, связанный с электрогенератором, подключенный к нему разрядник электрических импульсов, включающий в себя электроды, попарно расположенные на основании с возможностью перемещения к дорожной поверхности. Для снижения энергоемкости машина снабжена электромагнитным преобразователем, установленным на основании над парами электродов.

Недостатки известной машины: излучатель, предназначенный для подплавления льда, и электроды разрядника электроимпульсов, находящиеся на некотором расстоянии от излучателя, могут обеспечить работу машины при 0^оС, а при более низких температурах вода мгновенно замораживается, что приведет к отказу машины для очистки от льда дорожных покрытий; относительно высока энергоемкость машины для очистки от льда дорожных покрытий, расходуемая на подплавление льда, на отклонение разрядного тока посредством магнитного поля магнитного преобразователя и собственно разряд между электродами. Энергия в импульсе в 10 кДж соответственно равна 2990 кал, что не достаточно для разрушения льда.

Цель изобретения повышение интенсификации процесса разрушения снежно-ледяных образований и производительности, а также снижение энергоемкости.

На фиг.1 схематично изображена машина для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 электрогидравлическая схема управления; на фиг.5 электрическая схема управления.

Машина для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий содержит самоходное шасси 1, на котором установлена емкость 2, заполненная слабым раствором химических реагентов, рабочий орган 3, связанный с базовым шасси 1 посредством механизма 4. Рабочий орган 3 имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндров 5.

На самоходном шасси 1 установлены электрогенератор 6, кинематически связанный с коробкой отбора мощности двигателя внутреннего сгорания, генератор 7 электроимпульсов. Генератор 7 электроимпульсов подключен к электрогенератору 6, блоку 8 станции 9 управления и связан через распределитель 10 электроимпульсов с разрядниками 11, размещенными на раме 12 рабочего органа 3. Генератор 7 электроимпульсов состоит из высоковольтного трансформатора 13, в первичной цепи которого включен резистор R выпрямителя 14, искрового разрядника 15, разрядного конденсатора 16 с регулируемой емкостью. Искровой разрядник 15 с формирующим промежутком выполнен управляемым посредством пускового блока 17. Искровой разрядник 15 выполнен, например, в виде двух основных электродов, один из которых может перемещаться для регулирования формирующего промежутка, и пускового электрода, расположенного между основными электродами искрового разрядника 15. Пусковой электрод предназначен для образования искрового разряда в формирующем промежутке по управляющим импульсам пускового блока 17.

Пусковой блок 17 подключен к блоку 8 станции управления с органами управления, которая установлена, например, в кабине водителя базового шасси 1.

Распределитель 10 электроимпульсов предназначен для распределения электроимпульсов высокого напряжения порядка 40-50 кВ и изменения частоты повторения электроимпульсов высокого напряжения пропорционально скорости движения машины. Для этого приводной механизм распределителя 10 электроимпульсов выполнен в виде совмещенного сельсин-двигателя 18, электрически связанного с сельсин-датчиком 19. Сельсин-датчик 19 кинематически связан посредством валика 20 с датчиками 21 скорости движения базового шасси 1. Совмещенный сельсин двигатель 18 и сельсин датчик 19 подключены к блоку 8 станции управления.

Электроды разрядника 11 выполнены в виде двух коаксиально расположенных проводящих труб 22 и 23, жестко связанных между собой электроизолятором 24, внешняя труба 22 в нижней части выполнена в виде колокола 25, обращенного к дорожному покрытию, на наружной поверхности которой выполнены ребра 26 жесткости. Внутренняя труба 23 подключена через электроизоляционный коллектор 27, резиновый шланг 28, приводной вентиль 29 и приводной насос 30 к емкости 2 с текучей средой.

Внутренняя полость колокола 25 выполняет функции ускорителя потока текучей среды при высоковольтном разряде между внутренней поверхностью трубы 22 и наружной поверхностью трубы 23, а нижняя часть электроизолятора 24 функции отражателя ударных волн электрогидравлических ударов в текучей среде. Ребра 26 жесткости предназначены для повышения надежности разрядника и фрезерования канавок 31 в массиве снежно-ледяного образования. Ребра 26 жесткости выполняют функции дополнительных электродов при высоковольтном разряде между соседними разрядниками 11. На центральном разряднике 11 разновидностью дополнительных электродов 26 являются электроды 32, электроизолированные от трубы 22. Разрядники 11 имеют возможность вращения относительно рамы 12 рабочего органа 3 машины.

Рама 12 выполнена в виде редуктора, корпус 33 которого изготовлен из высокопрочного электроизоляционного материала для повышения безопасности, ведущая 34 и ведомые 35 и 36 шестерни закреплены известными приемами на внешних трубах 22 разрядников и связаны посредством ременной передачи 37 с электродвигателем 38 постоянного тока с регулируемой скоростью вращения его выходного вала.

Электродвигатель 38 установлен на корпусе 33. Между ведущей шестерней 34 и ведомыми шестернями 35 и 36 устанавливаются дополнительные промежуточные шестерни 39 и 40 для установки рабочего промежутка между нижними частями дополнительных электродов 26 и 32 (ребер жесткости). Шестерни 39 и 40 могут быть выполнены сменными.

Подключение генератора 7 электроимпульсов через распределитель 10 электроимпульсов к трубам 22 и 23 разрядников 11 выполнено в виде проводящих роликов 41, взаимодействующих с поверхностями труб 22 и 23. Отличительная особенность выполнения подключения крайних разрядников 11 рабочего органа 3 к генератору 7 электроимпульсов заключается в том, что отрицательный потенциал подводится непосредственно к проводящим неподвижным частям 42 труб 23. Контакты для подвода как положительного, так и отрицательного потенциалов закрыт электроизоляционным кожухом 43, к которому подводится высоковольтный кабель от генератора 7 электроимпульсов.

Электродвигатели 38 и 44 постоянного тока редуктора 12 и насоса 30 подключены к импульсно-формирующему устройству 45, которое состоит из станции 9 управления, трансформаторов 46 и 47, тиристоров 48 и 49, 50 и 51, 52, 53, включенных встречно-параллельно и тиристоров 54, 55, 56 и 57, 58, 59, включенных также встречно-параллельно и сглаживающих дросселей 60 и 61, соединенных с управляемыми входами обмоток якорей электродвигателей 38, 44. Управляющие электроды тиристоров 48-59 подключены к станции 9 управления.

Группы тиристоров 48-50 и 54-56, а также 51-53 и 57-59 могут работать в выпрямительном или инверторном режимах. Импульсно-формирующее устройство 45 подключено к генератору 7 электроимпульсов посредством блока 8 станции управления.

Импульсно-формирующее устройство 45 предназначено также для реверсирования электродвигателей 38, 44. При этом в импульсно-формирующем устройстве 45 группы тиристоров 48-50 и 54-56 подготавливаются для работы в выпрямительном режиме, группы тиристоров 51-53 и 58-59 в инверторном режиме. После завершения подготовительных операций базовое шасси 1 выводят на участок дорожного покрытия, подлежащий уборке снежно-ледяных образований. На дорожное покрытие опускают рабочий орган 3 посредством гидроцилиндров 5 (при необходимости регулируют положение контактных роликов для исключения повреждения дорожного покрытия). По управляющим сигналам из станции 9 управления включается электродвигатель 38 постоянного тока, приводящий через ременную передачу 37 редуктор 12, вследствие чего приводятся во вращение разрядники 11, которые фрезеруют посредством ребер 32, 26 жесткости снежно-ледяное образование, в котором формируют канавки 31 трапецеидальной формы заданной глубины. Одновременно по управляющим сигналам станции 9 управления включают электродвигатель 44 насоса 30, вентиль 29, генератор 7 электроимпульсов и распределитель 10 электроимпульсов, причем вращение вала распределителя 10 осуществляется пропорционально скорости движения базового шасси 1 от датчика 21 скорости его ведущего колеса.

Благодаря этому из емкости 2 в колокола 25 разрядников 11 под давлением поступает слабый раствор химических реагентов (концентрация такова, что обеспечивает растапливание разрушенного снежно-ледяного образования), предварительно подогретых, например, выхлопными газами базового шасси 1. При этом поток электроэнергии преобразуется в постоянный ток высокого напряжения, заряжающий разрядный конденсатор 16. Включается пусковой блок 17, который формирует импульсы для поджига формирующего искрового разрядника 15. Разрядный конденсатор 16, создающий импульсы высокого напряжения, разряжается. Распределение импульсов высокого напряжения между разрядниками осуществляется в заданной последовательности для обеспечения заполнения полостей колоколов 25 разрядников текучей средой. Между трубами 22, 23 разрядников 11, а также между дополнительными электродами 26 и 32 возникает пробой рабочих промежутков. При пробое рабочих промежутков текучая среда мгновенно испаряется в зонах пробоя рабочих промежутков. В колоколах 25 разрядников 11, а также между соседними разрядниками 11 возникают импульсы высокого или сверхвысокого давления (электрогидравлический удар), причем волны высокого или сверхвысокого давления, отражаясь от сферических поверхностей электроизоляторов 24, ускоряют текучую среду в колоколах 25, под действием которой снежно-ледяное образование разрушается.

При пробое рабочих промежутков между дополнительными электродами 26 и 32 соседних разрядников, а также под воздействием ускоренного потока текучей среды из-под колоколов 25 разрядников 11 разрушаются наклонные стенки канавок 31 снежно-ледяного образования. Разрушенное снежно-ледяное образование дорожного покрытия растапливается под действием раствора химических реагентов.

Частота повторения импульсов высокого напряжения зависит как от скорости движения базового шасси, так и от генератора 7 электроимпульсов. Максимальная частота электроимпульсов равна частоте заряда и разряда разрядного конденсатора 16 и может быть равной частоте переменного тока электрогенератора 6.

После разрушения снежно-ледяного образования на дорожном покрытии и его растапливания раствором химических реагентов отключают генератор 7 электроимпульсов, затем реверсируют электродвигатель 44 насоса 30 и при обратном движении базового шасси 1 по участку отсасывают текучую среду посредством колоколов 25 разрядников с дорожного покрытия в емкость 2, что обеспечивает высокое качество очистки дорожного покрытия от снежно-ледяного образования.

Формула изобретения

1. Способ уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий, заключающийся в формировании в массиве снежно-ледяного образования вдоль дорожного полотна канавок трапецеидальной формы с большим основанием, обращенным к поверхности дорожного покрытия, после воздействия на наклонные стенки канавок симметричным давлением и удалении снежно-ледяного образования механическими средствами, отличающийся тем, что на массив снежно-ледяного образования и на наклонные стенки канавок одновременно воздействуют электрогидравлическими ударами в среде слабого раствора химических реагентов, интенсивность которых изменяют пропорционально скорости движения машины для уборки снежно-ледяных образований.

2. Машина для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий, содержащая самоходное шасси, на котором установлены электрически связанные между собой электрогенератор и генератор электроимпульсов, и раму, несущую электрически связанные с генератором электроимпульсов разрядники, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью с текучей средой, а каждый из разрядников включает в себя две коаксиальные трубы, жестко связанные между собой электроизолятором, внешняя из которых в нижней части выполнена в виде обращенного большим основанием к обрабатываемой поверхности конуса с ребрами жесткости по образующей, а внутренняя труба через трубопровод, приводной насос и вентиль сообщена с указанной емкостью.

3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что разрядники установлены на раме с возможностью вращения относительно вертикальных осей.

4. Машина по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что привод вращения разрядников включает в себя электродвигатель, жестко связанный с редуктором, корпус которого изготовлен из электроизоляционного материала, ведущая и ведомые шестерни изготовлены из электроизоляционного материала и связаны с внешними трубами разрядников, а электрическая связь генератора электроимпульсов с разрядниками выполнена в виде проводящих роликов, взаимодействующих с наружными поверхностями внешних труб.

5. Машина по п.2, отличающаяся тем, что в качестве текучей среды использован слабый раствор химических реагентов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5