М.Н. Гатитулин, С.Д. Сметанин, А.С. Дувакин, Ю.Н. Стрельцов
Уборка и содержание тротуаров и дорог в рабочем состоянии осуществляется коммунальными и дорожными хозяйствами города. В зимнее время определенные трудности вызваны снегопадами и их последствиями- образованием снежных заносов. Несвоевременная уборка приводит к уплотнению и обледенению снега на тротуарах пешеходами. Большие перепады температур в весеннее время способствуют образованию на пешеходных дорожках наледей, что также затрудняет безопасное передвижение пешеходов.
Для борьбы с ледяным покрытием автодорог и тротуаров используются различные соли и химикаты, применение которых приводит к загрязнению окружающей среды, негативно отражается на сроке эксплуатации автомобилей и обуви пешеходов. Механическое удаление льда ломами, скребками и другими ручными ударными инструментами требуют значительных физических усилий, они малопроизводительны и повреждают асфальтовое покрытие. Использование специальной техники неэффективно из-за разрушительного воздействия рабочих органов машин на покрытие дорог и взлетно-посадочных полос.
На основании проведённого анализа выявлены следующие недостатки существующих способов удаления снега и льда:
- невозможность полного удаления льда с поверхности тротуаров, что приводит к повторному образованию ледяного слоя ещё меньшей толщины;
- отсутствие специальных устройств для очистки тротуаров и дорог ото льда без их повреждения;
- высокая стоимость применяемых механических устройств.
Для устранения перечисленных недостатков по обслуживанию дорожного городского хозяйства разработан аппарат ротационного резания для механизации работ по очистке тротуаров и дорог от наледей и уплотненного снега без повреждения дорожного полотна. Предлагаемая коммунальная техника будет оснащена рабочими органами в виде ротационных фрез. Принцип работы ротационных инструментов основан на теоретических исследованиях по механике планетарных механизмов, в которых взаимодействие круглых режущих лезвий с обрабатываемой поверхностью рассмотрено как условная фрикционная кинематическая передача. Режущие элементы круглой формы совмещают функции фрикционной передачи и процессов резания, а силы трения, возникающие в процессе резания, вращают круглый режущий элемент и уменьшают износ режущего лезвия. Положительный эффект при рабочем воздействии на дорожное полотно в режимах его сохранности при разрушении льда достигается за счет контакта определенным участком циклоидальной траектории движения вершины режущего лезвия относительно дорожного полотна и оптимальной геометрии его режущего клина. Как вариант, возможно нанесение противоскользящего рельефа как на уплотненный снег или лед, так и на дорожное полотно. В последнем случае это будет способствовать увеличению сроков между капитальными ремонтами дорог. Нанесение системы микронеровностей на полотно взлетно-посадочных полос и крутых поворотов автодорог улучшит условия их безопасной эксплуатации. Новизна и значимость разработки подтверждена наградами выставок и конкурсов инновационных проектов. По теоретическим основам за последние 3 года опубликовано несколько статей, получено 5 патентов. На российских и международных выставках получено 4 медали и более 10 дипломов.
С помощью имеющихся в наличии опытных ротационных фрез, являющихся основой разрабатываемого аппарата и служащих для изучения процесса резания в лабораторных условиях изготовлен и испытан на ООО «Пресс», г. Невьянск (Свердловская обл.) пилотный образец ледорубной машины под условным названием ледорубная машина с ручным передвижением (рис. 1).
Рис. 1. Пилотный образец
По результатам выполнения комплекса работ планируется разработать следующие технологические приемы по содержанию тротуаров, автодорог и взлетно-посадочных полос:
- очистка тротуаров (дорог) от уплотненного снега за один или несколько проходов,
- очистка тротуаров (дорог, взлетно-посадочных полос) ото льда,
- нивелирование зеркала льда катка, хоккейной коробки, ледовой горки, ледовых новогодних сооружений и т. д.,
- очистка тротуаров в зимнее и летнее время от мусора,
- нанесение канавок, шероховатостей на дорожное полотно и для повышения сцепления колеса с асфальтом, бетоном, для направленного стока воды,
- зачистка, удаление или нанесение дорожной разметки,
- снятие до 20 мм. асфальтового или бетонного полотна при малом ремонте дорог.
Разработка математической модели работы аппарата в режимах измельчения льда, удаления льда и (или) мусора из рабочей зоны, срезание до 20 мм слоя асфальта и других твердых дорожных покрытий позволит на проектном уровне назначать параметры ротационных инструментов, режимов работы ими и оптимизировать технические параметры специализированных сменных модулей для автотракторной техники.
Разработка и внедрение ручных и универсальных прицепных модулей ротационного резания для уборки снега, льда и производства малого ремонта дорожного полотна позволит создать новую линейку коммунально-дорожной техники, обладающую более высокой производительностью и качеством выполняемых работ, уменьшить или исключить применение ручного труда. Срок службы модулей и его сменных режущих чашек более продолжительный, и будет исчисляться месяцами и годами, а не часами или сменами, как у его аналогов – холодных фрез.
Практическая актуальность задач, решаемых в рамках проекта, позволит уменьшить или исключить применение химикатов, их вредное воздействие на природную среду при содержании дорожного и городского хозяйства и улучшит условия безопасного передвижения пешеходов, автотранспорта, взлета или посадки воздушных судов.
Библиографический список
1. Мазеин, П.Г. Ротационное фрезерование асфальта / П.Г. Мазеин, Д.А. Кацай, С.Д. Сметанин // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. Вып. 8. – Магнитогорск: Изд-во ГОУ ВПО МГТУ, 2009. – С. 61 – 66.
2. Шаламов, В.Г. Кинематика ротационного и традиционного фрезерования / В.Г. Шаламов, С.Д. Сметанин, М.Н. Гатитулин // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2009-3. – С. 13 – 17. - http://www.csc.ac.ru/ej/file/4716.
3. Давлетшин, И. Планетарные фрезы: инновация в сфере производства режущих модулей для дорожно-строительной техники // Урал Трак. – 2008. – № 14. – С. 26–30.
УДК 621.9
Гатитулин, М.Н. Коммунальная техника для очистки дорожного полотна от снега и льда / М.Н. Гатитулин, С.Д. Сметанин, А.С. Дувакин, Ю.Н. Стрельцов // Прогрессивные технологии в машиностроении: сб. науч. тр. – Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2011.
Проанализированы существующие способы удаления снега и льда. Показан принцип действия, преимущества ледорубной машины с ручным управлением и состояние работ по проекту.
Ил. – 1, список лит. – 3 назв.