В зимний период времени одной из основных проблем для городов России является уборка снега с автомобильных дорог. На обеспечение эксплуатационных характеристик дорог расходуются значительные ресурсы. Это связано с температурой окружающего воздуха и ее перепадами, интенсивностью и продолжительностью снегопадов, сопровождающихся действием ветра.
В соответствии с п. 13 Основных положений по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностей должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения должностные и иные лица, ответственные за состояние дорог, обязаны содержать дороги в безопасном для движения состоянии в соответствии с требованиями стандартов, норм и правил; принимать меры к своевременному устранению помех для движения, запрещению или ограничению движения на отдельных участках дорог, когда пользование ими угрожает безопасности движения [10].
Для уборки снега с дорог применяется большой парк техники: плужно-щеточные, шнекороторные, плужные, снегоочистители; лаповые снегопогрузчики; фронтальные погрузчики [2, 3, 8].
Основную проблему при эксплуатации автомобильных дрог представляет зимняя скользкость. Руководством по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах определено, что все виды снежно-ледяных отложений, образующихся на дорожном покрытии, по внешним признакам подразделяют на рыхлый снег, снежный накат и стекловидный лед. Снежным накатом является слой снега, уплотненного колесами проходящего автотранспорта. На рис. 1 представлена автомобильная дорога со снежным накатом.
Рис. 1. Автомобильная дорога со снежным накатом
Снежный накат может иметь различную толщину – от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров – и плотность от 0,3 до 0,6 г/куб. см [11]. При борьбе с этими характерными видами скользкости применяют разные технологические операции и нормы распределения материалов.
Сцепление колес с автомобильной дорогой зависит от ряда факторов: качества подвески, давления в шинах. При этом основным фактором является качество и состояние дорожного покрытия. Значения коэффициента сцепление колес с дорогой в зависимости от ее состояния представлены в табл. 1.
Таблица 1
Значения коэффициента сцепления колес с дорогой
|
Дорога |
Поверхность |
|
|
Сухая |
Мокрая |
|
|
С асфальтобетонным, цементобетонным покрытием |
0,7–0,8 |
0,35–0,45 |
|
С щебеночным покрытием |
0,6–0,7 |
0,3–0,4 |
|
Грунтовая |
0,5–0,6 |
0,2–0,4 |
|
Обледенелая, со снежным накатом |
0,1–0,2 |
|
|
Покрытая снегом |
0,2–0,3 |
|
Из таблицы видно, что значение коэффициента сцепления колес с обледенелой и со снежным накатом дорогой падает в 4–7 раз по сравнению с сухой поверхностью дороги с асфальтобетонным покрытием.
Согласно Методическим рекомендациям по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования [8], снежный накат толщиной не более 4 см допустим только на автодорогах группы «В» при интенсивности движения до 500 автомобилей в сутки. В случае, если интенсивность движения составляет более 500 автомобилей в сутки, наличие снежного наката на дорогах не допустимо.
При зимнем содержании автомобильных дорог для ликвидации снега применяют антигололедные реагенты, которые подразделяют:
– по структуре (твердые, жидкие, гранулированные);
– по воздействию (абразивные (фрикционные), химические, комбинированные и физико-химические).
Химический способ основан на использовании материалов, которые при контакте со снежно-ледяными отложениями переводят их в раствор, не замерзающий при отрицательных температурах. Это позволяет предупредить образование зимней скользкости или ликвидации уже образовавшихся снежно-ледяных отложений (снежный накат, стекловидный лед).
Комбинированный (химико-фрикционный) способ предполагает использование совместно химических и фрикционных антигололедных материалов. Эффективен для ликвидации снежно-ледяных отложений и повышения коэффициента сцепления на дорожном покрытии.
Фрикционный способ применяется на участках дорог III–V категорий, а также на дорогах, расположенных в регионах с продолжительными и устойчивыми температурами ниже минус (20–25 °С), или в условиях запрета использования химических антигололедных материалов.
Физико-химический способ основан на придании асфальтобетонному покрытию противогололедных свойств путем введения наполнителя в асфальтобетонную смесь. Это создает на поверхности покрытия гидрофобный слой, снижающий адгезию снежно-ледяных отложений к покрытию или предотвращающий их образование.
Несмотря на то, что использование антигололедных материалов имеет низкие затраты времени и средств на содержание дорог, основным недостатком является экологичность используемых средств, их влияние на окружающую среду. Поэтому широко используется механическое воздействие на лед специальными рабочими органами машин, не разрушающими поверхность дорог и тротуаров [5–7].
В условиях недостатка снегоуборочного оборудования, в том числе при резком возникновении снегопадов, а также экономии средств муниципальные образования городов не всегда убирают снег с дорог в течение 4–6 часов после окончания снегопада, как это указывается регламентами. Это приводит к образованию скользкости (снежный накат и стекловидный лед).
Рассмотрим машины для удаления льда, наледи и уплотненного снега.
Российскими производителями на базе трактора МТЗ 80/82, на заднюю навеску устанавливается скалыватель льда УДМ 2000 (ледоскалыватель, фреза ледоскалывающая), который предназначен для эффективного скалывания и удаления льда, наледи и уплотненного снега с любых поверхностей. Во время рабочего процесса барабан, оснащенный металлическими шипами, прокатывается по поверхности дороги, разрушая ледяную корку и не повреждая дорожное покрытие.
Скалыватель льда модели: ВМ 1760, ВМ 1772, ВМ 1784 (Китай) представляет собой барабан с вертикально установленными лопатками, которые разрушают лед, наледь и уплотненный снег, врезаясь в него под действием веса рабочего органа. Недостатками является большая масса рабочего органа, необходимость использования мощного трактора, а главное, высокая цена (более 10 тыс. долларов США). Данный рабочий орган оправдан при больших объемах работ. Технические характеристики представлены в табл. 2.
Анализ технологических схем уборки снега с дорог и применяемых при этом машин показал, что используется большой парк техники. Одними из основных машин, которые используются при уборке снега с автомобильных дорог, являются фронтальные погрузчики. Это объясняется такими эксплуатационными свойствами, как универсальность, проходимость, эргономичность, информативность, энергоэффективность. Для повышения эффективности погрузчиков при уборке снега с дорог на них устанавливаются различные рабочие органы, основными из которых являются: ковши различной вместимости и конструкции; отвал для снега; снегометатель, щетка [1, 4, 9].
Рис. 2. Скалыватель льда, уплотнённого снега
Производителями России, США, Англии предлагается навесное оборудование «скалыватель льда, уплотнённого снега», предназначенное для уборки уплотненного снега, наледи, застывшей грязи с поверхности автомобильной дороги (рис. 2).
Таблица 2
Технические характеристики скалывателей льда
|
Характеристика |
УДМ 2000 |
ВМ 1760 |
|
Количество рабочих дисков/резцов на диске, шт. |
11/6 |
84 скалывающих лопаток |
|
Тип привода |
гидравлический/механический |
гидравлический |
|
Угол поворота скалывателя, град. |
30 |
– |
|
Ширина очищаемой полосы, мм |
1800 |
1540 |
|
Рабочая глубина скалывания, мм (за один проход) |
45 |
до 300 |
|
Скорость передвижения км/ч: – в рабочем положении – в транспортном положении |
2–10 30 |
до 7 |
Таблица 3
Технические характеристики «скалывателя льда, уплотнённого снега»
|
Характеристики |
Bobcat Mini (США) |
Bobcat Super (США) |
Бурсервис (Россия) |
|
Рабочая масса, кг |
45 |
78 |
– |
|
Высота, мм |
485 |
483 |
– |
|
Длина и ширина, мм |
915×485 |
1143×1397 |
1300/– |
|
Диаметр рабочего диска, мм |
457 |
559 |
600 |
Главная рабочая часть рабочего органа это конусообразный вращающийся диск со сменной заостренной режущей кромкой. Это позволяет погрузчику удалять лед и снежный накат. Процесс монтажа и демонтажа рабочего органа осуществляется с использованием механизма Bob-Tach, который позволяет надежно и быстро закрепить навеску. Быстроразъемные муфты с возможностью сброса давления обеспечивают удобство монтажа навесного оборудования за счет обратного отвода гидравлического масла назад в бак машины при вдавливании соединительной муфты. Фирмой предлагаются две модели «скалывателя льда, уплотнённого снега Bobcat» – Mini и Super. Аналогом «скалывателя льда» является рабочий орган «Бурсервис» (Россия). Технические характеристики представлены в табл. 3.
В современных экономических условиях России возникает необходимость развития отечественного машиностроения (производство машин, рабочих органов, их модернизация). Основой для решения задач является повышение технико-экономических показателей машин.
При существующих разработках широкое применение в уборке снежного наката имеют фронтальные погрузчики с ковшом.
Уборка снега фронтальным погрузчиком с автомобильной дороги в случае возникновения снежного наката представлена на рис. 3. При уборке снежного наката (рис. 1) погрузчиком одна сторона машины, которая перемещается по накату, находится выше, а другая, которая перемещается по поверхности дороги без снежного наката, находится ниже. В результате образуется угол наклона машины. В таком случае ковш погрузчика также находится под углом к горизонту. Это приводит к тому, что убрать снег в один проход снегопогрузчиком затруднительно, также происходит износ одной стороны А ножа ковша (показано стрелкой на рис. 3), которая находится у основания угла наклона машины к автомобильной дороге.
Рис. 3. Уборка снежного наката фронтальным погрузчиком
Одним из перспективных направлений решения указанной задачи является модернизация рабочего органа ковша [2, 3], так как, это требует меньших затрат времени, средств по сравнению с созданием нового рабочего органа или машины в целом. Главное, модернизация повышает универсальность машины, производительность, позволяет исключить потери времени и труда на установку сменного рабочего органа.
С целью дальнейших исследований необходимо провести анализ фронтальных погрузчиков для выбора базовой машины, провести разработку рабочего органа для уборки снежного наката и оценить эффективность использования результатов НИР.