Электронное издание СДМ - Строительные Дорожные Машины и Техника

Кафедра ДСМ МАДИ, ПО Стройтехника


05.06.2008
Технология уборки снега с применением снегоплавильных установок

В.Ю. Быков, аспирант кафедры ДСМ, МАДИ (ГТУ)
К.К. Шестопалов, профессор кафедры ДСМ, МАДИ (ГТУ)
 
Стоимость очистки городов России от снега возрастает с каждым годом. Происходит это потому, что расстояния до снегосвалок постоянно увеличиваются, т.к. предъявляемые к ним экологические требования все дальше отодвигают их от населенных пунктов. Соответственно, доля транспортных расходов в общем бюджете работ по зимнему содержанию дорог и улиц также постоянно увеличивается. C целью снижения транспортной составляющей затрат на уборку снега в настоящее время внедрена новая технология уборки снега, включающей его утилизацию путем растапливания непосредственно на месте уборки (при помощи мобильных снегоплавильных машин) и слив талой воды в городскую канализацию. Это снижает остроту проблемы, но не решает её полностью, т.к. необходимость доставки снега от снегоуборочных машин к снегоплавильным пунктам по перегруженным городским магистралям сохраняется.

Но столь высокая доля транспортных расходов в общей стоимости уборки снега в городах обусловлена не только дальностью перевозки снега, но и нерациональным использованием грузоподъемности используемого транспорта. Обусловлено это тем, что масса снега в кузове грузовика в 2…3 раза меньше грузоподъемности автомобиля (по некоторым данным [2] она составляет примерно 300 кг/м3 независимо от места его подборки).

Очевидно, для того, чтобы снизить затраты на вывоз снега, необходимо помимо сокращения плеча транспортировки еще и увеличивать использование грузоподъемности самосвала, то есть стремиться приблизить массу перевозимого снега к грузоподъемности самосвала. Сейчас для этого наращивают высоту бортов грузового кузова, но принципиально изменить ситуацию не удается.

Известно, что плотность снега колеблется в широких пределах и может в процессе метаморфоз снежной массы увеличиваться от 50 кг/м3 (свежевыпавший снег) до 917 кг/м3 (лёд). Из этого следует, что добиться серьезного увеличения эффективности процесс эвакуации снега от мест уборки к пунктам его утилизации можно, уплотняя снег перед погрузкой его в кузов грузового транспорта.

Технологическая схема уборки снега, повышающая эффективность использования грузового транспорта представлена на рис. 1. Экономические расчеты [2] также подтверждают, что уплотнение снежной массы перед погрузкой в самосвалы выгодно независимо от способа его дальнейшей утилизации.

а) традиционная схема вывоза и утилизации снега; б) схема, предусматривающая использование уплотнительного оборудования

Предложение об уплотнении снега перед его погрузкой в автосамосвалы не является новым. Еще в 50-х годах патентами США, Канады, а также авторскими свидетельствами СССР защищались различные по принципу действия снегоуплотнительные устройства, но действующих образцов подобной техники создано не было. Сегодня проектирование подобных машин сдерживается недостатком достоверных данных о поведении снега при искусственном уплотнении, а также отсутствием практических рекомендаций по определению рабочих параметров снегоуплотнительного оборудования и методик его расчета.

Тем не менее, существует ряд положений, достоверность которых можно считать многократно доказанной.

1. Оптимальным с точки зрения эффективности уплотнения может считаться гранулометрический состав снега, полученный в результате измельчения его массы до отдельных кристаллов.

2. Мелкодисперсность и гомогенизированность снежной массы (естественные или искусственные) есть непременное условие эффективности её уплотнения. Известно, что снег - сложная трехфазная среда, включающая сочетание трех состояний воды и воздуха. Он состоит из каркаса твердых частиц льда, окружённых порами разного размера. Поры могут быть заполнены воздухом, водяным паром и (или) водой. Старение снега (метаморфизм) сопровождается исчезновением мелких зерен и быстрым ростом крупных (диаметром 1...2 мм). При этом связность снега уменьшается, т.к. разрушаются прочностные связи между его кристаллами. Такой снег плохо подается уплотнению.

3. Максимальная влажность снега, которой он достигает при температуре, близкой к точке таяния, обеспечивает эффективное уплотнение снежной массы, т.к. в этом состоянии влажность снега позволяет добиться максимальных значений его плотности

4. При нулевой температуре снег обладает минимальным внешним и внутренним трением, что существенно снижает энергоёмкость процесса уплотнения.

5. Уплотняемая снежная масса должна иметь максимальную влажность, но не содержать в своих порах свободной(гравитационной) воды. Очевидно, что скорость уплотнения снега, насыщенного водой, определяется скоростью отвода воды из его пор. По некоторым данным [4] пористость снега колеблется в диапазоне 0,3...0,9, причём поры заполнены либо воздухом и водяным паром, либо водой. Если поры заполнены водой, то уплотнение снежной массы в замкнутом объеме будет происходить только по мере отвода водыиз пор, причём отвод воды будет, безусловно, затруднен.

6. Скорость и эффективность уплотнения снежной массы, зависит от скорости выхода из пор заполняющих их газов. Поры снежной массы могут быть открытыми (т.е. сообщающимися с атмосферой) и замкнутыми (не сообщающимися с атмосферой). При действии на снег уплотняющей нагрузки, газ, защемленный в замкнутых порах, увеличивает упругое сопротивление снега сжатию, следовательно, эффективность процесса уплотнения напрямую зависит от возможности отвода "защемленного" газа в атмосферу.

Таким образом, созданию оборудования для эффективного уплотнения снежной массы должно предшествовать решение ряда научных и инженерных проблем, наиболее важными среди которых представляются:

1. Обоснование, определение и расчет рабочих параметров (таких, как рабочие усилия и давления, размеры получаемых снежных блоков, энергозатраты) различных конструкций снегоуплотнительного оборудования, использующегося при уборке снега с городских дорог и улиц.

2. Разработка механизмов отвода газовой фазы из снега при уплотнении его в замкнутом объеме, а также поиск рациональной компоновки уплотнительной камеры с точки зрения эффективности отвода газов, содержащихся в снежной массе.

3. Определение скоростных характеристик процесса уплотнения снега, с целью согласования производительности снегоуплотнительного и снегопогрузочного оборудования, установленного на снегоуборочной машине.

4. Разработка способов погрузки готовых снежных блоков в кузова транспортных машин, не приводящих к их разрушению и неправильной укладке (с зазорами), и, следовательно, не приводящих к уменьшению массы снега в кузове самосвала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог [текст]: учебник для вузов/ В.И.Баловнев, М.А. Беляев и др.; Под. ред. В.И. Баловнева. – Москва-Омск: “Омскийдом печати”, 2005.

2. Егоров А.Л. Обоснование рабочих параметров снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом[электронный ресурс]. Дис. ... канд. тех. наук: 05.05.04. - М.: РГБ, 2005.

3. Жекамухов М.К., Жекамухова И.М. Основы механики снега [текст]. - Нальчик: Каб.-Балк. университет, 2003.

4. Савко Н.Ф. Расчет и конструирование зимних автомобильных дорог [текст]. - М.: Транспорт, 1969.

5. Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири [текст]. - М.: Недра,1994.

6. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов [текст]. - М.: Машгиз, 1952.

<< Оценка конкурентоспособности строительных одноковшовых экскаваторов. | Влияние грузоподъемности тяжелого козлового крана на выбор оптимальной схемы металлоконструкции >>

На главную Архив: научные публикации
Кафедра ДСМ МАДИ, ПО «Стройтехника». Copyright 2007 . Смотрите условия использования материалов сайта