Рис. 3. Структура снегоуборочной машины, оборудованной
агрегатом уплотнения снега
Для того чтобы машина называлась снегоуборочной, в ее составе необходимо наличие снегопогрузочного оборудования, например, обычный лаповый или фрезерно-роторный погрузчик. Для фрезерно-роторного погрузчика, в этом случае, необходимо разработать специальную конфигурацию разгрузочного желоба.
Для согласования производительности снегопогрузочного и снегоуплотнительного оборудования совершенно необходимо наличие в составе машины бункерного устройства. Кстати бункер может использоваться и в целях подготовки снежной массы к уплотнению.
С целью эффективного уплотнения снега, в составе снегоуплотнительного агрегата необходимо наличие специального аппарата измельчения и структурной подготовки снега. Снег – сложная трехфазная среда, включающая особое сочетание трех состояний воды и воздуха. Кроме того, снег, убранный с городских дорог, содержит немалое количество посторонних включений, которые могут помешать процессу уплотнения снега. Снег состоит из каркаса твердых частиц льда и окружающих пустот разного размера. Поры могут быть заполнены воздухом, водяным паром и/или водой. После отложения снега с течением времени и под действием температуры форма его частиц претерпевает структурные изменения. Этот процесс носит название метаморфизма снега. В результате этого процесса мелкие зерна снега быстро исчезают, а большие (диаметром 1...2 мм) быстро растут. При этом уменьшается связность снега, т.к. разрушаются прочностные связи между кристаллами. Чем больше фирнизирован снега, тем меньше его связность и труднее обработка. Перекристализовавшийся снег очень плохо поддается уплотнению. Метаморфизм снега полностью прекращается при температуре -70...-72°С. Оптимальный гранулометрический состав снега, с точки зрения эффективности его уплотнения, можно получить в результате тщательного разрыхления и перемешивания (измельчения до отдельных кристаллов). Поэтому при проектировании агрегата уплотнения снега в замкнутом объеме необходимо стремиться к тому, чтобы на вход уплотнительной камеры попадал подготовленный мелкозернистый снег.
Подогрев снега в процессе его подготовки обусловлен тем, что уплотнение снега наиболее эффективно протекает при 0°С. Температура снега влияет и на остальные деформативные свойства снега. Так, например, экспериментально установлена взаимосвязь температуры снега с его уровнем влажности, а при нулевой температуре снег достигает максимальной влажности, при которой наиболее эффективно его уплотнение. В свою очередь, установлено, что при значениях максимальной влажности может быть достигнуто максимальное значение плотности снега. При нулевой температуре снег обладает и минимальными коэффициентами внешнего и внутреннего трения, от значения которых зависит энергоёмкость процесса уплотнения.
Таким образом, наиболее эффективно процесс уплотнения будет протекать, когда его влажность будет приближена к максимальным значениям (при температуре близкой к 0°С).
Поры снега могут быть заполнены газом или жидкостью. Если поры заполнены водой, то процесс уплотнения под действием сжимающих сил может произойти только при условии выдавливания воды из пор. Скорость уплотнения насыщенного водой снега зависит от скорости выдавливания воды из пор. В условиях уплотнения снега в замкнутом объеме, вывод свободной воды достаточно затруднен. Поэтому при проектировании агрегата уплотнения снега необходимо стремится к тому, чтобы на вход уплотнительной камеры попадал снег максимальной влажности, но не содержащий свободной (гравитационной) воды.
