Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 02.11.2014

Подметально-уборочные машины предназначены для удаления заг­рязнений с твердых дорожных и аэродромных покрытий, очистки город­ских территорий, сбора и транспортирования смета. Загрязнения на до-

рожном покрытии увеличивают проскальзывание колес автомобильного транспорта, особенно в сырую погоду. Качественная очистка дорожных покрытий может повысить коэффициент сцепления колес с дорогой на 12-15% и среднюю скорость движения транспорта, снизить непроизво­дительные потери энергии на пробуксовывание колес, В загрязнениях на поверхности дороги 10-40% составляют мелкодисперсные пылева­тые частицы, которые при движении транспорта взвешиваются в воз­духе, преимущественно на высоте до 1,5-2 м. Скорость осаждения час­тиц диаметром 0,1 мм составляет 0,3 м/с, а диаметром 10’3 мм умень­шается до 3-Ю’5 м/с. Запыленность воздуха над дорогой существенно снижает долговечность автомобильных двигателей и ухудшает санитар­но-гигиенические дорожные условия. Современные подметально-убороч­ные машины должны обеспечивать также обеспыливание воздушной среды в полосе дороги.

Классификация подметально-уборочных машин показана на рис. 15.3. Подметальные машины отделяют и перемещают смет без его подборки косоустановленной цилиндрической щеткой в сторону от направления движения машины. Поэтому их используют преимущественно для под­метания загородных дорог, внутридворовых территорий и для уборки сне­га в зимний период.

Более высокое качество очистки обеспечивают вакуумно-убороч­ные машины, оснащенные вакуумным подборщиком и пневматической системой транспортирования смета в бункер-накопитель, и вакуумно­подметальные машины, на которых вакуумный подборщик используют в комбинации с подметальными щетками. По качеству очистки вакуумно­подметальные машины имеют преимущество, так как щетки эффективно подают смет в вакуумный подборщик. Однако вакуумно-уборочные ма­шины могут работать на более высоких скоростях с большей производи­тельностью, поскольку скорость их движения не ограничена максималь­ной скоростью взаимодействия ворса щеток с дорогой. Мощные вакуум­но-уборочные машины применяют для летней очистки аэродромов на­ряду со струйными уборочными машинами, оснащенными газоструйным соплом и аналогичным по конструкции газоструйным снегоочистите­лем. Общим недостатком машин с вакуумным подборщиком или газо­струйным соплом является высокая энергоемкость рабочего процесса.

Рис. 15.3. Классификация подметально-уборочных машин.

Рабочими органами подметально-уборочных машин бывают цилин­дрические, конические (лотковые) и ленточные щетки. Цилиндрические щетки диаметром окружности вращения до 1 м имеют горизонтальную ось вращения. Конические (лотковые) щетки с расположением ворса по

образующей поверхности конуса с углом при вершине примерно 60° и осью вращения, наклоненной под углом 5-7° к вертикали, предназначены для направленного отброса смета. Наименее распространены вследствие малой надежности и эффективности ленточные щетки в виде бесконеч­ной цепи с закрепленными на ней щеточными секциями, которые одновре­менно с отделением смета от дороги транспортируют его в бункер.

На малогабаритных машинах для уборки тротуаров, особенно с на­весным и прицепным рабочим оборудованием, используют одноступен­чатую систему транспортирования смета в бункер непосредственно вор­сом щетки — прямым забросом или когда бункер расположен позади щетки (рис. 15.4), обратным забросом “через себя”. Для этих способов характерна малая вместимость бункера (до 1 м3). Кроме того, последний способ требует более высокой окружной скорости щетки и компенсации износа ворса. Наиболее широко используют многоступенчатое механи­ческое транспортирование смета с параллельным оси вращения цилиндрической щетки шнековым подборщиком и цепочно-скребковым транспортером. Недостаток такой системы заключается в ее низкой надежности и большой металлоемкости.

Рис. 15.4. Схемы рабочего оборудования подметально-уборочных машин: а — с прямым забросом смета; 6-е обратным забросом смета; в — с забросом смета лопастным метателем; г — с забро­сом смета ленточной щеткой; д — со шнековым и цепочно-скреб­ковым транспортерами; е — со щеточно-вакуумным подборщиком и гравитационным отделением смета; ж — со струйно-вакуумным подборщиком и инерционным отделением смета; 1 — бункер; 2 — цилиндрическая щетка; 3 — лопастной метатель; 4 — ленточная щетка; 5 — скребковый транспортер; 6 — шнек; 7 — всасывающий трубопровод; 8 — фильтр; 9 — напорный трубопровод; 10 — ваку­умный вентилятор; 11 — вакуумный подборщик: 12 — сдувающие сопла; 13 — циклон; 14 — коническая щетка.

Перспективным является механическое транспортирование смета в бункер промежуточным лопастным метателем. При щеточно-вакуумном (пневматическом) транспортировании вспомогательная цилиндрическая щетка уменьшенного диаметра подает смет в вакуумный подборщик; на машинах может быть также установлен промежуточный транспортер. В струйно-вакуумном подборщике щеточный ворс заменен сдувающими соплами, воздушные потоки которых обеспечивают отрыв загрязнений от дорожного покрытия и перемещение их к всасывающему трубопроводу. Отделение крупного смета в бункере обеспечивается гравитационным способом. Пылеватые частицы задерживаются тканевыми фильтрами с устройствами для их периодической регенерации встряхиванием, вибраци­ей, обратной продувкой и др. При струйно-вакуумной системе транспорти­рования через фильтр в атмосферу выбрасывается не более 20-25 % воздуха, остальная его часть без очистки от пыли подается в сдувающие сопла, частично замыкая систему циркуляции воздуха.

Способы разгрузки подметально-уборочных машин: гравитацион­ный, когда смет высыпается из бункера под действием собственного веса при открытии люка или задвижек; самосвальный — поворотом бункера или контейнера; принудительный — эжектированием вбок или назад с помощью подвижной стенки — выталкивателя с механическим или гид­равлическим приводом. При небольшой вместимости бункера (до 2-3 м3) целесообразна разгрузка смета непосредственно на обслуживаемом участке. Поэтому некоторые машины оборудуют сменными стандартны­ми контейнерами, а также механизмами выгрузки смета в контейнеры или приемный бункер мусоровоза. В качестве дополнительного оборудо­вания подметально-уборочных машин используют выносной вакуумный подборщик для уборки опавших листьев и загрязнений из труднодос­тупных мест, электромагнитный брус для подбора металлического мусо­ра на шоссейных дорогах и аэродромах и др.

По способу обеспыливания воздушной среды при подметании раз­личают влажное обеспыливание путем мелкодисперсного разбрызгивания воды под давлением 0,2-0,3 МПа через форсунки перед подметальными Щетками и пневматическое обеспыливание, совмещенное с вакуумной системой транспортирования смета. Норма расхода воды при влажном обеспыливании 0,02-0,025 кг на 1 м2 поверхности дороги; при увеличе­нии расхода происходит прилипание смета к щетке и дорожному покры­тию и резкое снижение качества подметания. Перспективным является термовлажное обеспыливание подачей водяного пара в зоны интенсив­ного пылеобразования.

В качестве базовых машин для монтажа подметально-уборочного оборудования применяют маневренные автомобили малой и средней гру­зоподъемности, самоходные шасси, колесные тракторы и одноосные или двухосные прицепы.

Расчет подметально-уборочной машины включает в себя оп­ределение рациональных параметров процесса взаимодействия рабочих органов с дорожным покрытием и нагрузок на оси машины, выбор базо­вой машины, расчет систем транспортирования смета, разгрузки его и обеспыливания, прочностные расчеты кузова и рабочих органов, тягово­динамические расчеты, определение баланса мощности и производитель­ности, расчеты маневренности, устойчивости, управляемости и др.

При взаимодействии цилиндрической щетки с дорожным покры­тием можно выделить четыре характерных положения отдельных прут­ков ворса (рис. 15.5).

Рис. 15.5. Схема взаимодействия цилиндрической щетки с дорож­ным покрытием; I — начало контакта ворса с покрытием; II — квазивертикальное расположение ворса; III — конец контакта ворса с покрытием; IV — конец выпрямления ворса.

В начале контакта очередного прутка ворса с дорогой (положение

I) под действием растягивающей центробежной силы он занимает ради­альное положение под углом к вертикальной оси. По мере дальнейшего поворота щетки с угловой скоростью со происходит изгиб прутка и на­капливание в нем потенциальной энергии упругой деформации (поло­жение II), при этом ворс перемещает своими концами загрязнения вдоль дорожного покрытия. В конечный момент контакта с дорогой пруток
находится в изогнутом состоянии (положение III), затем резко разгиба­ется, отбрасывая загрязнения и смет со скоростью v под углом а = 20° к горизонту и вновь занимая радиальное положение (IV). За время воз­врата прутка ворса в радиальное положение щетка успевает совершить поворот на некоторый угол у. Радиальное положение IV является сред­ним, относительно которого пруток определенное время совершает зату­хающие изгибные колебания в плоскости вращения щетки.

15.1. Машины для летнего содержания автомобильных дорог и покрытий аэродромов

15.1.1. Поливочно-моечные машины

Поливочно-моечные машины предназначены для поливки и мойки дорожных покрытий, поливки зеленых насаждений, тушения пожаров, подвоза воды и других специальных видов работ. В зимнее время поли­вочно-моечные машины используют в качестве базовых для навески плужно-щеточного оборудования снегоочистителей.

По назначению поливочно-моечные машины разделяют (рис. 15.1) на специализированные поливочные и моечные и наиболее распространенные универсальные поливочно-моечные. Поливочно-моечные машины базиру­ются на автомобильных шасси, а также на грузовых полуприцепах и прице­пах. По типу насосной установки поливочно-моечные машины можно раз­делить на машины с низким (до 1,0 МПа) и с высоким давлением воды (более 1,0 МПа). Повышенное давление воды при мойке дорожных покры­тий позволяет уменьшить ее расход на единицу площади покрытия вслед­ствие более высокой кинетической энергии водяных струй, однако требует дополнительных конструктивных мер, предупреждающих преждевременное дробление этих струй и их аэродинамическое торможение.

Поливочно-моечные машины оборудованы сменными рабочими органами в виде щелевых поливочных и моечных насадок. Поливочные насадки обычно устанавливают симметрично относительно продольной оси машины, повернутыми вверх под углом 15-20° и более к горизонту и разворачивают в стороны на угол 10°.

Моечные насадки обычно устанавливают повернутыми вниз под уг­лом 10-12° к горизонту (рис.15.2) и несимметрично повернутыми вправо относительно продольной оси машины для перемещения смываемых за­грязнений с проезжей части дороги в сторону дорожного лотка, откуда загрязнения удаляются с помощью подметально-уборочных машин. Поли­вочно-моечные машины снабжают двумя передними или двумя передни­ми и одной боковой моечными насадками; последний вариант позволяет значительно увеличить ширину мойки дорожного покрытия.

Кроме того, к основным видам рабочих органов относится водяная моечная рампа в виде горизонтальной трубы с форсунками, установлен­ной под углом в плане, равным 70-80°, к продольной оси машины.

Рис. 15.1. Классификация поливочно-моечных машин.

Угол установки форсунок водяной рампы относительно гори­зонтального дорожного покрытия существенно больше, чем у моеч­ных насадок, а длина моющих секторов меньше, что обеспечивает более высокую скорость водяных струй на линии встречи с дорож­ным покрытием и соответственно меньший расход воды на едини­цу площади его. Главный недостаток водяной рампы заключается в том, что ширина мойки обычно не превышает габаритной шири­ны машины, тогда как при использовании моечных насадок ширина мойки в 1,5~2,5 раза больше габаритной ширины машины и дос­тигает 6-8 м.

В последнее время на поливочно-моечных машинах применяют прин­ципиально новый вид рабочего органа — водяное сопло для мойки дорож­ных лотков. Оно позволяет создать при движении машины вдоль лотка перемещающийся водяной вал. Накапливающийся избыток воды с мусо­ром периодически уходит в сточные колодцы ливневой канализации.

Дополнительное оборудование поливочно-моечных машин включа­ет передний косоустановленный отвал снегоочистителя, цилиндричес­кую подметальную щетку со стальным или синтетическим ворсом. Некоторые зарубежные модели поливочно-моечных машин оборудованы водосгонным косоустановленный ножом, что улучшает качество очи­стки сильно загрязненных поверхностей и позволяет уменьшить удель­ный расход воды. Дополнительным также является оборудование для поливки зеленых насаждений и тушения пожаров. Рабочее оборудова­ние поливочно-моечной машины содержит сварную цистерну с верхней горловиной и нижним центральным клапаном с механическим, гидрав­лическим и электрогидравлическим управлением из кабины водителя для перекрытия подачи воды к насосу. Центральный клапан оборудован сетчатым фильтром. Центробежный водяной насос с приводом от короб­ки отбора мощности устанавливают на раме автомобиля. Сечение трубопро­водов должно обеспечивать скорость воды не менее 0,2-0,3 м/с при минимальных местных сопротивлениях. Поливочные и моечные насадки имеют шарнирное или конусное крепление для установки под необходи­мыми углами во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Расчет поливочно-моечной машины включает определение ра­циональных параметров процесса поливки и мойки дорожного покрытия и баланса лющности, расчеты водяной системы и гидрооборудования, цистерны, нагрузок на оси, тягово-динамические, устойчивости и управля­емости машины, производительности и др. Главным параметром поли­вочно-моечной машины является вместимость цистерны.

При определении параметров процесса мойки дорожного покрытия необходимо, задаваясь параметрами насосной установки и водяной систе­мы машины, найти эффективную ширину мойки Вм (рис. 15.2) или решить обратную задачу. Взаимодействие моющих секторов с дорожным покры­тием происходит по прямой (реже ломаной) линии Ср.„ участок C, Dt кото­рой определяет необходимое минимальное перекрытие моющих секторов. Центральный угол каждого моющего сектора (р = 50-60° определяется рациональной конструкцией моющих насадок. Вдоль линии встречи CtD2 образуется водяной вал, который движется поступательно со скоростью, рав­ной скорости машины, и одновременно смещается вдоль этой линии встречи
со скоростью v = vm sin Д где Р — угол между линией встречи и перпендику­ляром к направлению движения машины. Свободно лежащие на дороге загрязнения захватываются и уносятся водяным валом.

Рис. 15.2. Схема взаимодействия моечного оборудования с дорожным покрытием.

В установившемся режиме мойки равновесие линии встречи CtD} определяется равенством количества движения насыщенного загрязне­ниями водяного вала в направлении векторов v и vsin (3 и проекций на эти направления результирующих количества движения моющих сек­торов, которые в наиболее простом случае направлены вдоль биссект­рисы АЕ каждого моющего сектора и равны 0,5 mvcmp (1 + cosa), где т — масса расходуемой воды через соответствующую насадку в течение промежутка времени t, т = Qt; а — угол наклона биссектрисы АЕ к горизонтали; vcmp — скорость элементарной водяной струи моющего сек­тора в точке Е.

Необходимо учитывать, что скорость vcmp значительно меньше на­чальной скорости струи, м/с, в критическом сечении насадки:

vo = 100 Ц (15Л)

где /і _ гидравлический коэффициент расхода, /л = 0,8-0,95; р — давле­ние воды на входе в насадок, МПа; g — ускорение свободного падения; р — плотность воды, рв = 1000 кг/м3.

Снижение скорости v обусловлено увеличением площади мою­щего сектора, перпендикулярной его биссектрисе АЕ, пропорционально удлинению этой биссектрисы. В направлении движения машины ско­рость v геометрически суммируется со скоростью vu = 3-6 м/с. Ус­ловие равновесия количества движения воды по линии встречи CfDr позволяет определить оптимальный угол поворота этой линии:

_ sin 5

где <5 — угол поворота биссектрисы моющего сектора относительно на­правления движения машины.

Зная угол Д можно определить ширину Вм мойки, а также объемный расход воды qeo на единицу площади мойки, зависящий от удельной мас­совой загрязненности дорожного покрытия. При использовании мою­щих насадок, давлении р = 0,3~0,4 МПа и qc = 0,1 кг/м2 обычно прини­мают <7Я0Рв = 1 кг/м2. Уменьшение количества движения моющих сек­торов по сравнению с оптимальным, равновесным значением, например, вследствие падения расхода Q или давления р, приводит к прорыву загрязненной воды из водяного вала под моющие секторы и резкому ухудшению качества мойки дорожного покрытия; увеличение данного количества движения обеспечивает рост объема водяного вала и переход системы в новое равновесное состояние с увеличенной шириной В мойки. Ограничениями в последнем случае являются устойчивость во­дяных струй при повышении давления р.

Гидравлический расчет водяной системы поливочно-моечной ма­шины базируется на уравнении Бернулли:

10 5р

Р„=Р+ “

(15.3)

-V?, +УХ

2g ^

где рн, р — давления воды соответственно на выходе из насоса и на входе в моечные или поливочные насадки, МПа; рв — плотность воды, рн = 1000 кг/м3; v, v — скорость водяного потока соответственно на выходе из насоса и в критическом сечении насадки, м/с; v — скорость водяно­
го потока в отдельном г-м участке трубопровода; А( — коэффициенты соответственно местных сопротивлений и скоростных потерь г-го участ­ка; / d — длина и диаметр i-ro участка трубопровода.

Уравнение тягово-динамического баланса поливочно-моечной машины:

97 4 N in

w<gukpk]Фсч < — iL±sLt (15 4)

ПдвГк

где W — сопротивление движению машины, Н; GM — вес машины с полной цистерной, Н; К — коэффициент распределения веса машины с полной цистерной на ведущую ось, определяется на основании расчета координат центра масс машины; К. — коэффициент перераспределения веса машины на ведущую ось вследствие действия инерционных сил при разгоне, К — 1,1-1,3 (большее значение принимают при движении на низших передачах); <р — коэффициент сцепления, при движении в рабочем режиме по влажной поверхности дороги <рсч = 0,4-0,6, в транс­портном режиме по сухой поверхности (р^ = 0,7-0,8; Nge — номиналь­ная мощность двигателя, кВт; і и Г)тр — передаточное отношение и кпд трансмиссии машины при движении на соответствующей передаче; пдв

— частота вращения вала двигателя при номинальной мощности, мин-1; г

— динамический радиус качения ведущего колеса, м.

Сопротивление движению W (Н) определяют отдельно для рабоче­го W, и транспортного W режимов:

раб г r тр “

^ =Gjf+id + 8"j/g); (15.5)

Кр = G,, (/ + h + Kj’1g) + {y„„ + V» f, (15.6)

где / — коэффициент сопротивления качению колес машины, / = 0,02; ia — уклон дороги, ід= 0,07-0,09; <5 и 5р — коэффициенты учета враща­ющихся масс при движении соответственно с рабочей и транспортной скоростями машины с полной цистерной, 5 = 1+0,05(1+ і2)GM/(G — вес машины с фактической загрузкой цистерны); g — ускорение свобод­ного падения; / и f ~ ускорение машины при движении соответственно на низших и высших передачах, / = 1,7-2 м/с2 и /’ = 0,15-0,3 м/с2; vmp

— транспортная скорость машины; — скорость встречного ветра, us = 3-5 м/с; Fe — коэффициент аэродинамического торможения машины; FK = 1,8-3,6 Н с2 / м2.

Уравнение мощностного баланса поливочно-моечной машины со­ставляют для рабочего и транспортного режимов с учетом потерь мощ­ности на пробуксовывание колес:

где Q — массовая подача водяного насоса, кг/с; р — плотность воды, рв = = 1000 кг/м3; рн — давление, создаваемое насосом, МПа; г]тр и г)’тр — кпд трансмиссии при движении машины соответственно с рабочей vu и транспортной v скоростями; Г)пр — кпд привода водяного насоса; г] — объемный кпд насоса, цн = 0,6-0,75; 8 — коэффициент буксования,

8 = 0,15-0,2.

Техническая производительность поливочно-моечной машины (м2/ч)

(15.8)

П = 3600(В — В )v

тех пер’ а

где В — ширина поливки или мойки дорожного покрытия, м; В — шири­на перекрытия проходов машины, Впср = 0,1-0,2 м; vm — рабочая ско­рость, V = 3-6 м/с.

Эксплуатационная производительность

(15.9)

П = 3600VK р К / (q Т)

ЭКС в в’ 4 т в ‘

где V — полезная вместимость цистерны, м3; Кн — коэффициент наполне­ния цистерны, К = 0,9-0,95; Кв — коэффициент использования машины по времени, Кв = 0,85; qe — норма расхода воды, при мойке qe = 1 кг/м2, при поливке q = 0,25 кг/м2; Т — цикл разлива цистерны, с, Т — + t2

+ 2t3 + tr tf — время разлива, t, = VKKjBqvм (Kt — коэффициент, характеризующий неравномерность движения машины вследствие ма­неврирования, Kt = 1,2, при работе в ночное время Kt =/;/,- время наполнения цистерны; / — время пробега машины к месту заполнения цистерны; t4 — вспомогательное время)].

Коэффициент, характеризующий эффективность очистки дорожного покрытия поливочно-моечными и подметально-уборочными машинами:

К = / — а / q ^ 0,8-0,85,

эф ‘ ост 1 н ’ ’

где а и q — соответственно начальное и остаточное количества за-

‘ н ~ ост

грязнений на единицу площади дорожного покрытия, кг/м2, при расчетах обычно принимается q = 0,1 кг/м2.