1.4 Обоснование необходимости модернизации автогуронатора для плавления снега

С целью уменьшения транспортных средств и повышения производительности работ уборки и вывоза снега предлагается конструкция машины для растапливания снега на базе автогудронатора (рисунок 2.1), который используется для разогрева и транспортирования битума при ремонте и строительстве автомобильных дорог, эти машины в зимнее время простаивают. Автогудронатор имеет систему подогрева битума, состоящую из теплоизолированной цистерны и установленных внутри неё жаровых труб на фланцах которых, установлены стационарные горелки обеспечивающие подогрев материала, что дает возможность растапливать снег погружая его в цистерну. При этом времени затрачивается намного меньше, чем доведение битума до рабочей температуры. Распределители битумов, мазутов, дегтя и других битуминозных вяжущих материалов называют гудронаторами. [2]

Характерными особенностями современных автогудронаторов являются: самостоятельная загрузка жидкими вяжущими материалами на базах, перевозка материалов на значительные расстояния со скоростью принятой для автотранспорта общего назначения; сохранение температуры залитых вяжущих материалов и разогрев их в цистерне до рабочего состояния; механизированное распределение материалов по обрабатываемой поверхности. [6]

В зависимости от объема цистерны различают автогудронаторы малой вместимости (до 1000—1500 л), средней (3000— 3500 л) и- большой (5000 л и более).

Автогудронаторы классифицируют по конструктивным признакам систем распределения и обогрева материалов, в зависимости от способа распределения вяжущего материала, типа распределительной трубы, способа очистки системы, средств подачи материала для выполнения технологических операций. [6]

Основные узлы автогудронаторов — это цистерна для битума с системой обогрева, циркуляционно-распределительная система, ходовая часть, контрольные приборы и рабочее управление. [3]

Автогудронатор смонтирован на базе автомобиля Камаз 65115. Шасси автомобиля до монтажа оборудования автогудронатора подлежат изменению, в частности усиливаются рессоры, изменяется установка глушителя и запасного колеса. Цистерна для битума имеет цилиндрическую или эллиптическую форму и сварена из листовой стали. На цистерне установлена термоизоляция из стекловаты, которая покрыта металлическим кожухом.

Таблица 2.1 Автогудронатор ДС-142Б

Наименование показателя	Значения
Шасси	Камаз-65115 (КПП 154)
Габаритные размеры в транспортном положении, м, не более (длина×ширина×высота)	8,5×2,5×2,85
Масса снаряженного автогудронатора, кг, не более	10350
Полная масса автогудронатора, кг, не более	17850
Распределение нагрузки на дорогу от автогудронатора полной массой, кг, не более:
- на переднюю ось	4550
- на заднюю тележку	13300
Скорость, км/ч:
- транспортная максимальная (с грузом)	85
- рабочая (при розливе)	4-20,5
Цистерна	Стальная, эллиптического сечения с внутренними перегородками, термоизолированная слоем стекловолокна 50 мм и облицованная стальным листом толщиной 0,8 мм
Номинальная вместимость цистерны, м3, не менее:	7,5
Тип привода рабочего оборудования
- вращение битумного насоса	Гидропривод: КПП-КОМ-гидронасос-гидромотор
- подъем-опускание распределителя	Гидропривод (гидроцилиндр)
- открывание-закрывание форсунок	Гидропривод (гидроцилиндр)
Рабочее давление в гидросистеме, МПа (кгс)	16,0 (160)
Битумный насос	Шестеренный, подача 1,4 л/об, максимальная высота подачи 30 м
Подогрев битума в цистерне	Стационарными горелками через жаровые трубы
число горелок, шт.	2
вид топлива	дизельное топливо
Расход топлива двумя горелками, (л/ч), не более	18
Вместимость топливных баков горелок (л)	2 бака по 20 л.
Подача топлива к горелке	Сжатым воздухом от пневмосистемы шасси
Разогрев битума в коммуникации	Переносной горелкой
Скорость подогрева жидкого битума в цистерне при начальной температуре плюс 80°С, °С/ч, не менее	15
Снижение температуры битума в цистерне в течение 1 ч.:
- на стоянке	Не более 3% от перепада температур окружающего воздуха и битума
- при транспортировании со скоростью не более 50 км/ч	Не более 4% от перепада температур окружающего воздуха и битума
Розлив битума	Распределителем циркуляционного типа с запорными соплами
Число форсунок, шт	21 (25*)
Максимальная ширина розлива, м	4,0 (4,8*)
Изменение ширины розлива	Кратное 0,19 м
Удельная норма розлива, л/кв. м	0,3...2,5
Изменение нормы розлива	Бесступенчатое
Обслуживающий персонал	1 чел (водитель-оператор)

Примечание:

1. Возможна установка передней подметальной щетки.

2. Возможна установка системы автоматического управления нормой розлива битума. Система точного дозирования обеспечивает возможность задавать и поддерживать необходимую норму розлива, а также изменять ее в движении, при помощи регулятора расхода гидравлической жидкости, который управляет оборотами битумного насоса. Управление системой осуществляется из кабины водителя.

Для заполнения цистерны и ее осмотра в верхней части имеется горловина, которая закрывается откидной крышкой. В горловине устанавливается сетчатый фильтр для предотвращения попадания посторонних включений. Для подогрева битума цистерна оборудована отопительной системой, состоящей из двух жаровых труб U-образной формы, укрепленных внутри цистерны, двух стационарных керосиновых горелок, установленных во входных концах жаровых труб, дымовой коробки с вытяжной трубой, топливного бачка, топливного и воздушного трубопроводов.

Цистерна оборудована ртутным термометром и указателем уровня поплавкового типа. В цистерне имеется переливная труба, доходящая до верхней части цистерны, которая обеспечивает возможность выхода воздуха при наполнении цистерны, выхода материала при его избытке и сообщение с атмосферой при разогреве вяжущего материала в пути.

Основными требованиями, предъявляемыми к автогудронаторам, являются: – равномерность распределения битумных материалов с точным дозированием норм розлива на единицу поверхности; – возможность розлива под давлением; – обеспечение сохранения температуры материала при транспортировании его без подогрева и возможность подогрева битума в процессе транспортирования до рабочей температуры 160-180 °С. Такая температура позволяет использовать его для плавания снега.

Автогудронаторы состоят из цистерны, автошасси или тягача, системы обогрева, систем перекачки и распределения битума. Машины классифицируют по емкости цистерны и по типу привода битумного насоса на моторные и безмоторные (с приводом от двигателя автомобиля). ГОСТ 16385—70 предусматривает автогудронаторы двух видов — с цистернами емкостью 3500 и 7000 л.

Автогудронатор безмоторного типа ДС-142Б монтируется на шасси автомобиля Камаз-65115, на котором в этих целях изменяют линию выпуска отработавшего газа (глушитель устанавливают под передним буфером рамы), один из воздушных баллонов переносят с правого лонжерона на левый и крепят на новые кронштейны, запасное колесо на держателе закрепляют на раме между кабиной водителя и цистерной.

В переднем отсеке установлена труба, которая верхней частью входит в колпак и сообщается с атмосферой. Труба служит для слива излишка подогреваемых битумных материалов и уравнивания давления в цистерне с атмосферным. В заднем отсеке сверху и снизу обечайки приварены фланцы для установки клапана. Тарелка клапана открывает или закрывает отверстие во фланце, сообщая или разобщая полость цистерны с большим краном. В транспортном положении клапан закрыт. [6]

Рисунок 2.1 Автогудронатор ДС-142Б на базе Камаз-65115

Цистерна — сварная, изготовлена из листовой стали, в поперечном сечении имеет форму овала, большая ось которого расположена горизонтально. Полость цистерны разделена волнорезом (установленным для смягчения гидравлических ударов) на два сообщающихся отсека. Наверху переднего отсека имеется обечайка горловины, которая служит для наполнения цистерны битумом при установленном сетчатом фильтре, а также является лазом для осмотра, очистки и ремонта цистерны. Обечайка горловины закрывается крышкой с прокладкой при помощи рычага, шарнирно прикрепленного к кронштейну, и откидного болта с гайкой.

Через заднее днище в полость цистерны проходят две U-образные жаровые трубы, предназначенные для подогрева битумного материала стационарными горелками. Для сохранения его температуры цистерна термо-изолирована слоем стеклянного волокна и облицована листовой сталью. Внутри цистерны проходит труба, соединяющая полость цистерны с трубопроводом циркуляции.

В цистерне установлен указатель уровня битумного материала. При наполнении или опорожнении цистерны поплавок указателя своими стойками двигается по направляющей цистерны, поворачивает валик и установленный на нем зубчатый сектор, который находится в зацеплении с конической шестерней, расположенной на оси стрелки, указывающей количество материала в цистерне. Ось стрелки установлена в кронштейне, прикрепленном к заднему днищу цистерны, и выходит наружу через сальник, предотвращающий вытекание битумного материала из цистерны.

Цистерну устанавливают опорами на деревянные брусья, которые ставят на раму шасси и крепят к ней хомутами. [5]

Коммуникация цистерны состоит из большого крана, шестеренного насоса, малых кранов и трубопроводов: циркуляции, приемного, выдачи, напорного, возврата и промывки коммуникации.

К центральной распределительной трубе крепятся две пневмокамеры, перемещающие своими мембранами рейку относительно распределительной трубы. При этом пальцы рейки, входящие в пазы поводков форсунок, вращают пробки, закрывая или открывая форсунки.

Рейки левого, правого и концевого распределителей соединяются с центральной рейкой при помощи накидной защелки (при необходимости работы этих распределителей). В транспортном положении левый и правый распределители складываются и фиксируются стопорами. Концевой распределитель крепится на раме автомобиля.

Привод битумного насоса осуществляется следующим образом: крутящий момент от двигателя шасси передается на коробку передач — коробку отбора мощности — карданную передачу на насос. Коробка отбора мощности — трехскоростная, установлена на фланце правого (по ходу автомобиля) люка коробки передач. Привод коробки отбора мощности осуществляется от блока шестерен заднего хода коробки передач. [4]

Топливная система автогудронатора аналогична описанной у автобитумовоза и состоит из топливного бака, топливопровода, воздухопровода, двух стационарных и одной переносной горелок. Топливный бак объемом 20 л установлен на правом крыле автогудронатора и имеет воздушный клапан, отрегулированный на давление 4,5 кгс/см2. При повышении давления в баке клапан автоматически открывается, поддерживая давление в топливной системе не выше 4,5 кгс/см2.

Стационарные горелки установлены на фланцах жаровых труб и могут работать независимо друг от друга. Они предназначены для разогрева битумных материалов в цистерне. Переносная горелка, подсоединяемая к топливной системе рукавом, имеет отдельный вентиль и предназначена для разогрева застывших битумных материалов внутри трубопроводов или насоса.[1,2]

В пневмосистему автогудронатора входят воздушный баллон, три пневмокамеры, трубопроводы и пневмокран. Воздушные баллоны автогудронатора и шасси соединены трубопроводом. От баллона автогудронатора трубопроводы идут к трем пневмокамерам, одна из которых тягой соединена с малым левым краном, обеспечивает два его положения. В рабочем положении кран открывает трубопровод возврата (большая циркуляция). Две другие пневмокамеры установлены на центральном распределителе и приводят в движение рейку распределителя, обеспечивая поворот пробок форсунок. Работой пневт мокамер управляют с помощью пнев-мокрана, расположенного в кабине водителя. В транспортном положении пневмосистему автогудронатора отключают от пневмосистемы шасси. [6]

На автогудронаторе установлены следующие приборы: указатель уровня битумного материала в цистерне, термометр с пределами измерения температуры 0—200 °С, тахометр, показывающий частоту вращения вала насоса. Устанавливается тахометр в кабине водителя на щитке приборов и присоединяется посредством гибкого вала и хвостовика штуцера к валу коробки отбора мощности.

Вышеперечисленные характеристики автогудронатора его параметры по разогреву позволяют использовать его в качестве снегоплавильной установки.

Технология работы данной конструкции следующая, путем установки в цистерну автогудронатора (рисунок 2.1) приемного бункера 1 и нагнетательной распределительной системы из перфорированных труб 2 с насадками, подающей разогретую воду с помощью насоса 7 и циркуляционной трубы 3, что обеспечит распыление нагретой воды на загруженный в цистерну снег. Таким образом происходит непосредственный контакт нагретой воды со снегом. Установка рукава слива талой воды 6 с фильтром грубой и тонкой очистки емкости со смесителем. Источником тепла является горелка 5 и жаровые трубы 4.

При уборке проезжих частей города Караганды в тандеме со снегопогрузчиком обычно используют автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Один снегопогрузчик обслуживает от 3 до 5 автосамосвалов в час. Расчеты показывают количество автосамосвалов необходимых для уборки автодорог города Караганды(протяженность 973 км), общей площадью около 5772 км² с учетом вместимости одного автосамосвала составит 144300 единиц техники. При среднем объеме снега выпадающего в зимний период на дорогах города который составляет 1154400 м3.

Cнегоплавильные машины фирмы SNOW DRAGON [3], используют технологию огнетрубных тепловых котлов. Даже при минусовых температурах окружающего воздуха вода в баке может нагреваться до плюс от 38 до 49°С за 15 мин и плавит снег. Температура выходящей воды, полученной из расплавленного снега, составляет плюс от 16 до 21°С, что исключает образование ледяного покрытия, а жаровые трубы автогудронатора нагреваются до температуры 200⁰. Эти машины являются полуприцепными и могут транспортироваться с объекта на объект в зависимости от укомплектованности со скоростью от 80 до 104 км/ч. Операционные системы и компоненты машин расположены в обогреваемом отсеке, защищающем основные составляющие модули от погодных условий и облегчающем процесс управления. Для оперативного проведения работ в городских условиях конструктивно предпочтительны аналогичные снегоплавильные машины меньшей производительности, например модели SND-RM90.[3]

Исходя из традиционного метода расчета тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

- природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

- режим движения жидкости;

- физические свойства жидкостей;

- форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью. [6]

Поэтому необходимо принять допущения:

- теплообмен происходит теплопроводностью;

- режим теплообмена - стационарный;

- температура сгорания топлива является постоянной.

К основным достоинствам конструкции можно отнести:

- возможность загрузки снега с обеих сторон бункера, длина приёмной части которого 5,486 м;

- наличие большого плавильного бака со стальным каркасом, выполненного из толстолистовой стали;

- включение–выключение (в том числе аварийное) узлов по принципу (пускового штепселя);

- наличие системы отделения мусора и инородных включений из углеродистой стали с двойным внутренним сливом;

- обогреваемые и освещённые кабины с запираемыми дверями, защищающие оборудование, включая горелки, водяные насосы и генератор;

- использование люков для облегчения очистки;

- размещение по бортам машины деревянных брусьев для защиты боковин приёмной части бака при загрузке снега;

- два насоса для циркуляции воды производительностью 1135 л/мин, снабжённые фильтрами;

- две панели со спреями, расположенные внутри плавильного бака, которые разбрызгивают тёплую воду под большим давлением на загруженный снег;

- дефлекторы против брызг, расположенные по трём сторонам плавильного бака;

- бесшумный операционный режим;

- встроенная система освещения;

- визуальная и звуковая сигнализация.