Способ создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях

 

Изобретение относится к области эксплуатации дорог в зимних условиях, а именно к способам повышения коэффициента трения снежно-ледяных поверхностей. Способ создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях включает закрепление на снежно-ледяной поверхности твердых частиц. На снежно-ледяную поверхность предварительно воздействуют паром до образования на ней водного слоя, а затем в образовавшийся водный слой до его затвердения вносят твердые частицы методом частичного погружения. На снежно-ледяную поверхность воздействуют паром температуры 100...320°С под давлением 1470...10300 кПа до создания водяного слоя толщиной 3...5 мм. В качестве твердых частиц могут быть использованы песок, щебень, гравий, мраморная крошка. Техническим результатом изобретения является повышение силы сцепления колес транспорта со снежно-ледяной поверхностью дороги за счет создания шероховатости, повышающей коэффициент трения снежно-ледяных поверхностей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации дорог в зимних условиях, а именно к способам повышения коэффициента трения снежно-ледяных поверхностей.

Известен способ создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях путем посыпания на поверхность песка или гранитной крошки [Зима в городе, статья в газете “Есть идея”, приложение к еженедельнику “Аргументы и факты” №1, 20.01.1994 г.]. Под колесом транспортного средства твердые частицы несколько вдавливаются в поверхностный слой и увеличивают коэффициент трения.

Недостатки способа заключаются в низкой эффективности использования песка или гранитной крошки и в повышении загрязненности местности. Низкая эффективность объясняется слабым вдавливанием твердых частиц на наиболее твердых и скользких участках, вследствие чего коэффициент трения повышается незначительно: из-за слабого сцепления твердых частиц с ледяной поверхностью частицы не задерживаются на выпуклых и наиболее скользких местах, т.е. там, где они наиболее всего нужны, а скапливаются в углублениях, на обочине дороги.

Более перспективным в этом отношении является изобретение по патенту РФ №2123082 “Способ создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях”(МПК⁶ Е 01 С 19/21; Е 01 С 11/24; Е 01 Н 10/00; опубл. 10 декабря 1998 г.), принятое за прототип.

Согласно известному способу на снежно-ледяную поверхность наносят твердые частицы в смеси с водой при отношении объема сухих твердых частиц к объему воды, равному 5...0,01. Для этого установленный на шасси автомобиля и снабженный мешалкой бак с теплоизолированными стенками заполняют смесью воды и песка, выдерживая указанные пропорции. Мешалка равномерно распределяет частицы песка по объему воды. Образовавшуюся суспензию посредством насоса подают из бака на поверхность вращающегося диска, который разбрасывает суспензию в виде капель. При падении капли на ледяную поверхность суспензия должна растекаться тонким слоем, соединяясь с суспензией соседних капель. Образующийся тонкий слой толщиной примерно вдвое меньше среднего размера частиц быстро примерзает к ледяной поверхности дороги и примерзает к нему и фиксируют нижнюю часть песчинок, верхняя часть которых, по идее автора, выступает над ледяной поверхностью и образует шероховатость.

Однако и этот способ не обеспечивает достаточно надежного сцепления колес автомашин с обледенелой дорогой, особенно в условиях сильных морозов (-25...-40°С), которые доминируют в январе-феврале на большей территории Севера России, Урала, Зауралья, Забайкалья, Дальнего Востока и т.д. При таких морозах капли суспензии замерзают еще в полете. Это признает и автор прототипа, который предлагает дополнительные меры предотвращения этого: увеличение капель разбрызгиваемой суспензии; уменьшение высоты расположения разбрызгивающего диска над дорогой; теплоизолирование трубок подачи суспензии к насосу и от насоса; установку гибких вертикальных стенок из резины с целью изолирования зоны, где происходит распыление суспензии; подогрев суспензии в баке. Все эти рекомендации носят чисто теоретический характер, не показаны пути их практического осуществления, да и с теоретической стороны они выглядят нереальными. Например, всем известно, что на морозе резина теряет эластичность и рекомендация использовать ее для создания гибкой ограничительной стенки звучит неубедительно. Так же как и рекомендация обеспечить подогрев суспензии в баке на движущейся автомашине. Поэтому результатом этого способа будет образование шероховатой ледяной поверхности, состоящей из ледяных катышков с песчинками внутри.

Но даже если применить как-либо указанные вспомогательные меры, они не помогут преодолеть другой недостаток, присущий известному способу. Как известно, рассеивание суспензии производится посредством вращающегося диска, закрепленного на движущейся машине. Диск разбрасывает суспензию как вперед, так и назад (естественно и вбок), при этом автомашина движется поступательно вперед. Таким образом, выброшенные с вращающегося диска вперед и вбок капли суспензии через определенный промежуток времени, секунд через 8…10, покрываются каплями суспензии, выброшенными с диска назад. При этом вода стекает с уже образованных выступов во впадины между ними, полностью отделяясь от “своих” твердых частиц. Это - если капля суспензии не замерзнет на лету, что маловероятно. Но в любом случае результатом разбрызгивания суспензии будет создание шероховатой ледяной поверхности, внутри которой под ледяной корочкой расположатся песчинки и которая мало способствует усилению силы сцепления колес транспорта с дорогой. Правильность этого вывода подтверждается отсутствием практического использования данного способа при борьбе с гололедицей на дорогах.

Еще одним недостатком данного способа является невозможность использовать более крупные частицы, чем песок, например, гравий, щебенку и т.п., с которыми невозможно создать суспензию для разбрызгивания ее или для перекачивания насосом. Но даже если как-либо суметь разбросать гравийно-водяную смесь (например, лопатой или рассыпать из перемешивающего устройства с движущейся по дороге автомашины), то образуются обледенелые катыши, т.к. скорость рассыпания будет на порядок ниже скорости разбрызгивания водно-песчаной суспензии вращающимся диском.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение силы сцепления колес транспорта со снежно-ледяной поверхностью дороги за счет создания шероховатости, повышающей коэффициент трения снежно-ледяных поверхностей.

Поставленная задача решается тем, что в способе создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях, включающем закрепление на снежно-ледяной поверхности твердых частиц, на снежно-ледяную поверхность предварительно воздействуют паром до образования на ней водного слоя, а затем в образовавшийся водный слой вносят твердые частицы.

Основное отличие предлагаемого решения от прототипа заключается в том, что твердые частицы не смешивают с водой до нанесения на обледенелое дорожное покрытие, а наносят на дорожное покрытие после образования на нем воды. Благодаря этому выступающие над тонким водяным слоем участки твердых частиц остаются сухими и не покрываются ледяной корочкой, а их нижние участки закрепляются на поверхности обледенелой дороги при замерзании тонкого, порядка 3 мм, водяного слоя, на что при отрицательных температурах (-10°С и ниже) уходит всего несколько секунд. При этом образуется сухая шероховатая поверхность, обеспечивающая надежное сцепление колес транспорта с дорожным покрытием в зимнее время. Этот шероховатый слой более прочно закреплен в ледяной поверхности потому, что твердые частицы, в отличие от прототипа, не наносятся на ледяную поверхность, а вносятся в нее, частично погружаясь в растопленную поверхность льда.

Заявляемый способ легко осуществить с помощью промышленно выпускаемых паропроизводительных установок ППУ, обычно используемых для обогрева паром нефтепроводов, трубопроводных обвязок и арматуры при нефтедобыче. ППУ дополнительно снабжают известными устройствами разбрасывания песка, щебня и т.п. и распылителем пара.

Более подробно изобретение поясняется прилагаемым чертежом, на котором изображено устройство для осуществления заявленного способа, и описанием конкретных примеров осуществления способа.

Пример 1

Используют промышленно выпускаемую Нальчикским механическим заводом паропроизводительную установку ППУ-2У, установленную на шасси автомашины “Урал”. Установку дополнительно снабжают распылителем пара с отверстиями диаметром 3…5 мм в распылительной головке 1, связанной с паровым котлом 2 посредством трубопровода 3 диаметром 50 мм. При этом распылительную головку 1 располагают у заднего конца установки на высоте 200 мм над поверхностью дорожного полотна. Головка 1 представляет собой округлую камеру, ширина которой равна ширине шасси “Урала”. На задней части шасси установлена емкость 4 с песком, а на заднем торце шасси крепят стандартную пескоразбрасывающую машину с диском 5, с которой емкость 4 сообщается посредством ленточного транспортера 6 для подачи песка из емкости 4 на диск 5, который расположен над распылительной головкой 1 и за ней (при движении автомашины вперед).

Автомашина движется вперед по обледеневшей дороге со средней скоростью 20 км/час. Производимый в котле 2 пар по трубопроводу 3 подают к распылительной головке 1 под давлением 15...20 атмосфер (приблизительно 1471...1961 кПа). Температуру пара подбирают в зависимости от температуры окружающей среды. Например, при морозе -10°С подают пар +120°С, при морозе -20°С подают пар +140°С, при морозе -40°С подают пар +160...170°С и т.д. Делается это исключительно в целях экономии и более благоприятного режима ведения процесса растапливания ледяной корки дорожного покрытия. В принципе, можно подавать пар постоянно при температуре +170°С и тоже добиться нужного результата. Давление пара тоже можно поддерживать более 20 атм, поскольку клапан-отсекатель установки ППУ-2У рассчитан на максимальное давление 105 атм (приблизительно 10297 кПа). Распыляемый из головки 1 пар растапливает поверхность льда на дорожном покрытии на глубину 3...5 мм по всей ширине автомашины “Урал”.

Из емкости 4 песок лентой транспортера 6 подают на диск 5 пескоразбрасывающей машины, который рассыпает песок по всей растаявшей поверхности льда. Твердые частицы песка падают сверху на водную поверхность и лишь частично погружаются в нее. Диск 5 проходит над растопленной поверхностью через 2...3 секунды после головки 1, поэтому растопленный лед не успевает затвердеть. С другой стороны, вес песчинок не таков, чтобы они полностью погрузились в воду. Через несколько секунд (зависит от силы мороза, но не более 10...15 секунд) тонкий растопленный слой дорожной поверхности вновь замерзает, оставаясь при этом единым целым с остальной толщей льда на дороге. Полупогруженные частицы песка прочно вмерзают в лед и создают отличную шероховатую поверхность, не покрытую сверху ледяной корочкой. Такая поверхность обеспечивает надежное сцепление покрышек колес автомашин с дорожным полотном.

Пример 2

Основные параметры способа те же, что и в примере 1, только в емкость 4 загружают мелкий щебень. Ленточный транспортер 6 принимает из разгрузочного отверстия емкости 4 мелкий щебень с крупностью зерен 3...7 мм и подает его на вращающийся диск 5, который разбрасывает щебень по всей ширине растопленного паром слоя ледяной поверхности дороги. Щебень дороже песка, но обеспечивает более длительное сохранение шероховатого дорожного покрытия, чем песок, даже и в случае снегопада, т.к. имеет гораздо более крупные по размеру частицы.

Пример 3

Основные параметры способа те же, что и в примере 1, только в емкость 4 загружают мелкий гравий. Ленточный транспортер 6 принимает из разгрузочного отверстия емкости 4 мелкий гравий и подает его на вращающийся диск 5, который разбрасывает его по всей ширине растопленного паром слоя ледяной поверхности дороги. Гравий обеспечивает более длительное сохранение шероховатого дорожного покрытия, чем песок, даже и в случае снегопада, т.к. имеет гораздо более крупные по размеру частицы.

Пример 4

Основные параметры способа те же, что и в примере 1, только в емкость 4 загружают мраморную крошку. Ленточный транспортер 6 принимает крошку из разгрузочного отверстия емкости 4 и подает ее на вращающийся диск 5, который разбрасывает крошку по всей ширине растопленного паром слоя ледяной поверхности дороги. Мраморная крошка обеспечивает более длительное сохранение шероховатого дорожного покрытия, чем песок, даже и в случае снегопада, т.к. имеет гораздо более крупные по размеру частицы.

Данный способ не ограничивается приведенными примерами. Совершенно очевидно, что могут быть сделаны определенные изменения в рамках заявленного изобретения, например в качестве твердых частиц могут быть использованы и другие материалы, границы которого очерчены прилагаемой формулой.

Формула изобретения

1. Способ создания шероховатости на снежно-ледяных поверхностях, включающий закрепление на снежно-ледяной поверхности твердых частиц, отличающийся тем, что на снежно-ледяную поверхность предварительно воздействуют паром до образования на ней водного слоя, а затем в образовавшийся водный слой до его затвердения вносят твердые частицы методом частичного погружения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на снежно-ледяную поверхность воздействуют паром температуры 100...320°С под давлением 1470...10300 кПа до создания водяного слоя толщиной 3...5 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используют песок.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используют щебень.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используют гравий.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используют мраморную крошку.

РИСУНКИРисунок 1