КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ И ОЧИСТКИ СНЕЖНО-ЛЕДОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ПРИБОРДЮРНОЙ ЗОНЕ ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЕЙ

Горшков А.С.

Аспирант, Нижегородский государственный технический университет

КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ И ОЧИСТКИ СНЕЖНО-ЛЕДОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ПРИБОРДЮРНОЙ ЗОНЕ ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЕЙ

Аннотация

В статье рассмотрена проблема зимней очистки городских магистралей от снега и льда, в особенности прибордюрной зоны, рассмотрены научные исследования, проведенные в данной области, и проанализированы варианты конструктивных решений обозначенной проблемы при использовании щеточного рабочего органа подметально-уборочной машины.

Ключевые слова: очистка дорог, щётка, рабочий орган, уборочная машина

Gorshkov A.S.

Postgraduate student, Nizhny Novgorod State Technical University

CONSTRUCTIVE DECISION FOR DESTRUCTION OF BODY WORK CLEANING OF SNOW, ICE FORMATIONS ABOUT BORDER ZONE CITY ROADS

      Abstract

In article the problem of winter cleaning of city roads of snow and ice, in particular about zone border is considered, the scientific researches conducted in the field are considered, and versions of constructive solutions of the designated problem are analysed when using the brush worker of body of the sweeping machine.

Keywords: cleaning of roads, brush, working body, sweeping machine

Проблема зимнего содержания автомобильных дорог на территории Российской Федерации является весьма актуальной, так как величина их загруженности,  интенсивности и скорости движения постоянно возрастает. Поэтому задача зимней уборки дорог заключается в  обеспечении бесперебойного и безопасного движения транспорта по улицам города при любых погодных условиях.

Основным видом очистки дорог от снежных масс является патрульная снегоочистка, которая производится периодическими проходами плужных и плужно-щеточных снегоочистителей в течение всей метели или снегопада. При данном способе очистки снежные массы перемещаются в прибордюрную зону, совершенствованию технологии уборки которой уделяется недостаточное внимание, и за пределы проезжей части. Главные трудности зимней уборки связаны с метаморфизмом снега, то есть способностью изменять свои свойства за достаточно короткий промежуток времени под действием, как климатических условий, так и в результате движения транспортных средств и пешеходов. Под воздействием выше перечисленных факторов снег, смешивающийся с песком и прочей дорожной грязью, быстро уплотняется и не всегда поддается удалению щеткой. На сегодняшний день почти 90% парка отечественных, а также все импортные коммунальные машины для зимнего содержания дорог и улиц, а также прилегающих к ним территорий оснащаются щеточными агрегатами, ворс которых изготавливается из морозостойкого полипропилена различных марок.

Научным исследованиям, посвященным процессам разрушения различных сред при помощи щёток, до настоящего времени не уделялось достаточного внимания. Особый интерес в области исследования работы щёточного рабочего органа представляют работы В.И. Баловнева [1,2] и

А.Г. Лепеша [3,4].

В.И. Баловнев предложил пользоваться следующими уравнениями. Крутящий момент на конической щётке определится из выражения:

                                                                                      (1)   

где E - модуль упругости ворса; J - момент инерции ворса; R - радиус щетки; S - свободная длина прутка ворса; y_k- расстояние между валом, к которому крепится ворс, и поверхностью дороги – является разницей между свободной длиной прутка ворса и его деформацией; i_W- количество прутков ворса на щётке; f_b- коэффициент трения между ворсом и поверхностью дороги; q_ср- распределённая нагрузка от центробежной силы вращения щётки.

Скорость вращения:

                                                                                                                               (2)

где V_M - скорость движения машины, равная (0,7… 6) м/с.

Начальная скорость отбрасывания смета:

                                 Vc=1,5ωR+1,6;                                                                                       (3)

А.Г Лепеш в своих работах исследовал функциональные связи между параметрами щетки, режимами рабочего процесса и характеристиками температурно-силового взаимодействия щеточного ворса с очищаемой поверхностью, в конечном итоге, с ресурсом щетки и ее работоспособностью. Одним из результатов исследований явилось уравнение определения долговечности функционирования щетки :

                                                                                                                 (4)

где: H_k - ширина пятна контакта щетки с дорожным покрытием; V - допустимый объемный износ щеточного ворса; fтр- коэффициент трения между ворсом и поверхностью дорожного покрытия; n - частота вращения щетки, об/мин; I_w  - интенсивность изнашивания.

Проведенный патентный обзор в области решений очистки дорожного полотна от снега и льда содержит большое количество полезных моделей, но большая их часть использует либо технологии ударного разрушения, либо технологии резания. Очень мало внимания уделено усовершенствованию щеточных рабочих органов, которые являются наименее ресурсоемкими.

Известен рабочий орган подметально – уборочной машины (патент РФ № 21604 Е01Н5/00 2001 г.) [5]. Данный орган содержит привод, вал с расположенными на нем секциями цилиндрических щеток в виде обода и надетых на него колец  с ворсом и элементы для срезания уплотненного слоя снега, льда или земли, щетки скреплены в секции стягивающими сетками, пропускающими ворс через ячейки; сетка может быть снабжена насечками и дополнительными элементами для срезания уплотненного слоя в виде пластин с зубьями.

Недостатком данной конструкции является использование стягивающих сеток с режущими элементами, поскольку стальной каркас сетки, возможно, будет излишне деформироваться при контакте с различными твердыми препятствиями, будь то неровности дорожного полотна, крупный мусор или выступающие над проезжей частью крышки колодцев, что в итоге приведет к скорой потере работоспособности. Кроме того, созданный сеткой барабан будет наполняться сметаемым снегом, льдом, песком и прочим мусором, что также может затруднить работу данного рабочего органа.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что научные исследования, проведенные на данный момент, не решают проблему очистки прибордюрных зон городских магистралей, а применяемые конструкции подметально-уборочных машин недостаточно  эффективны. В связи с этим в настоящее время проводится исследование по разработке рабочего органа подметально-уборочной машины в виде лотковой щетки для разрушения снежно-ледовых наледей в прибордюрной зоне городских дорог, которая в своем составе кроме ворса имела бы также резцы на гибкой основе. За гибкую основу принимается стальной канат, изготовленный из оцинкованной проволоки с высокой разрывной прочностью. В качестве наконечника возможно использование победитового резца, который будет непосредственно припаиваться к основе. Применение данной конструкции лотковой щетки аналогично использованию щетки, содержащей только ворс. Задача разрушения снежно-грунтовых наледей решается путем скоростного резания наледи наконечником, поскольку частота вращения лотковой щетки на современных подметально-уборочных машинах достигает 100-130 об/мин.

Это исследование несет как экспериментальный, так и теоретический характер. Результатом исследования будут расчетные зависимости, определяющие необходимые рациональные параметры рабочего органа.