Строительство снеголедовых дорог (СЛД) состоит из следующих этапов:
– расчистка территории от леса и других элементов, препятствующих возведению временных зимних дорог;
– расчистка от снега до несущего основания;
– уплотнение дорожного основания;
– наброска необходимой снежной массы;
– послойное наращивание, сопровождающееся уплотнением, каждого слоя снежной массы до требуемой несущей способности автозимней дороги.
Исходя из анализа этапов строительства снеголедовой дороги, было принято решение провести аналитическое исследование одного из этапов СЛД – послойное наращивание, сопровождающееся уплотнением, каждого слоя снежной массы до требуемой несущей способности автозимней дороги. На данном этапе снежная масса может быть уплотнена следующими методами:
– статический;
– динамический (вибрационный);
– комбинированный.
Более эффективным, исходя из исследований предыдущих научных работ, является вибрационный метод уплотнения снежной массы.
Вибрационные машины применяются для уплотнения не только грунтов, но и других строительных материалов, к числу которых в первую очередь относится бетонная смесь. Однако этот способ уплотнения не является универсальным, т.е. его применение для уплотнения некоторых материалов может не дать должного эффекта. Уплотнение вибрационными машинами достигает цели лишь тогда, когда уплотняемые материалы имеют определенные свойства.
Для передачи вибрационного воздействия на уплотняющую массу, по данным предыдущих исследований, необходимо наполнить шины жидкостью: водой или теплоносителем до 75 % от их объема. В зимний период жидкость должна быть защищена обеспечена от замерзания.
В ходе разработки методики заполнения жидкостью шины, для конструирования гидрошинного катка, была рассмотрена запатентованная методика по данному направлению:
1. Порядок заполнения шины теплоносителем:
- установите колесо так, чтобы вентиль был в его самом высоком вертикальном положении;
- вывинтите и вытащите корпус разборного вентиля и намонтируйте специальный вентиль для заполнения водой. Благодаря этому вентилю можно отводить из шины воздух при ее заполнении жидкостью;
- залейте в шину воду или незамерзающую смесь. Прекратите заполнение, когда жидкость начнет вытекать из вентиля. Количество жидкости будет примерно 75 % объема шины. Не переливайте;
- замените корпус вентиля, и шина может быть накачана до рекомендуемого эксплуатационного давления;
- очистите все металлические части – незамерзающая смесь содействует коррозии.
2. Порядок слива воды:
- установите колесо так, чтобы вентиль был в его самом низком вертикальном положении;
- вывинтите внутренний вкладыш вентиля и начните выпускать жидкость;
- вложите тонкую резиновую трубку подходящей длины в защитную шайбу и вложите трубку в шину. Шайбу навинтите через внутреннюю часть вентил;
- накачайте шину воздухом;
- вывинтите внутреннюю часть вентиля и выпустите оставшуюся воду из шины.
- выньте резиновую трубку и снова соберите вентиль. Накачайте шину до рекомендованного давления.
Недостатком данной методики является потеря вибрационного воздействия при передаче на уплотняющую среду, т.к. 25 % от объема шины составляет воздух, который гасит вибрационные колебания. В подтверждение данной теории был проведен предварительный эксперимент.
Проведение предварительного эксперимента [1, 2]. Для подтверждения теории был сформирован комплект оборудования, который позволял воспроизвести методику заполнения шины жидкостью. Комплект включал в себя:
– автомобильное колесо R15 195/65 (шину, диск);
– камеру R15;
– систему наполнения жидкости и стабилизации давления (манометр, вентили, систему дросселей и клапанов);
– счетчик расхода жидкости (теплоноситель).
В ходе предварительного эксперимента система наполнения жидкости была подключена к стационарному водоснабжению, давление которого составляло 3,1 технической атмосферы (рис. 1).
Рис. 1. Показание манометра при подключении к стационарной системе водоснабжения
Для проведения эксперимента необходимо было разбортовать бескамерное колесо R15 195/65 и установить в нее автомобильную камеру, в которую необходимо закачать жидкость (теплоноситель). Система заполнения жидкости в шину включала в себя:
– впускной патрубок;
– манометр;
– делитель;
– основную магистраль;
– вспомогательную магистраль.
При проведении предварительного эксперимента были подтверждены следующие недостатки запатентованной системы по заполнению жидкостью (теплоносителем):
– 25 % объема камеры составляет воздух;
– присутствие воздуха между шиной и камерой колеса, что также уменьшает передачу вибрационного воздействия на уплотняющую среду.
После заполнения жидкостью колеса были выявлены негативные факторы, влияющие на чистоту эксперимента, а именно обнаружение воздуха в автомобильной камере и присутствие воздуха между шиной и камерой колеса (рис. 2).
Рис. 2. Заполненное жидкостью колесо
Методика заполнения шины жидкостью (теплоносителем), разработанная коллективом кафедры «Транспортные и технологические системы» [3, 4, 10]:
1) разбортуйте колесо, отделите шину от диска;
2) просверлите отверстие симметрично оригинальному для установки дополнительного золотникового клапана;
3) установите золотниковый клапан в просверленное отверстие;
4) создайте вакуум в автомобильной камере (рис. 3) с помощью вакуумного насоса;
5) установите завакуумированную камеру в колесо, забортуйте обратно;
Рис. 3. Завакуумированная автомобильная камера R15
6) установите колесо таким образом, чтобы золотниковый клапан камеры находился в нижнем положении так, чтобы дополнительный золотниковый клапан был в самом верхнем положении;
7) подсоедините систему наполнения жидкости и стабилизации давления (манометр, вентили, система дросселей и клапанов) к золотниковому клапану камеры;
8) залейте в шину воду или незамерзающую смесь (теплоноситель). Прекратите подачу жидкости, когда давление в камере достигнет рекомендуемого эксплуатационного показания (2–8 атм.).
Проведение натурного эксперимента по заполнению шины жидкостью (рис. 4) при проектировании гидрошинного катка для уплотнения снежной массы с целью обоснования оптимальных параметров вибрационного рабочего органа для строительства временных зимних дорог [6–9].
Рис. 4. Проведение эксперимента по заполнению колеса теплоносителем по методике, разработанной кафедрой «Транспортные и технологические системы»
Рис. 5. Гидравлическая схема установки для заполнения шины жидкостью (теплоносителем): 1 – гидравлический бак; 2 – насос; 3 – фильтрующий элемент; 4 – предохранительный клапан; 5 – манометр; 6 – золотниковый клапан; 7 – вентиль
После проведения аналитических, экспериментальных исследований по заполнению колеса жидкостью можно сделать следующие выводы:
1. Провели анализ запатентованной методики по заполнению колеса жидкостью (теплоноситель), выявили негативные факторы: присутствие воздуха в камере, между шиной и автомобильной камерой.
2. Сформировали необходимый комплект оборудования для проведения предварительного эксперимента для подтверждения негативных факторов запатентованной методики заполнения шины водой.
3. Разработали методику, позволяющую избежать негативных факторов при заполнении колеса жидкостью, для устранения воздушных прослоек, которые гасили часть вибрационных колебаний.
4. Применяя методику кафедры «Транспортные и технологические системы», провели эксперимент по накачке колеса жидкостью, который подтвердил устранение негативных факторов (воздух между шиной и камерой колеса и внутри автомобильной камеры), мешающих передаче вибрационного воздействия на уплотняющую среду.
5. По окончанию эксперимента были накачаны пять колес для конструирования натурного образца вибрационного гидравлического катка, который способствует обоснованию выбора оптимальных параметров уплотнения гидрошинного катка на уплотняющую снежную массу с целью строительства временной зимней дороги – автозимника.