Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 7
1.1 Проблемы уборки снега в городах 7
1.2 Технология уборки снега, включающая стадию прессования снега 13
1.3 Обзор и анализ исследований процесса прессования снега 22
1.4 Обзор исследований посвященных проблеме вывода газовой фазы из прессуемой среды 28
1.5 Постановка цели и задач исследования 32
Выводы по Главе 1 34
Глава 2 Изучение процесса прессования снега с применением его вакуумирования 35
2.1 Влияние физико-механических свойств снега на процесс его прессования с применением вакуумирования среды 35
2.2 Описание процесса прессования снега с применением его вакуумирования 39
2.3 Определение производительности снегопогрузочной машины, оборудованной агрегатом прессования снега 43
2.4 Постановка рабочей гипотезы исследований 46
2.5 Определение энергетических затрат при прессовании снега 47
Выводы по Главе 2 50
Глава 3 Экспериментальное исследование процесса прессования снега 51
3.1 Цель, задачи и общая методика экспериментального исследования 51
3.2 Описание экспериментального оборудования 56
3.3 Регистрирующее и измерительное оборудование 59
3.4 Подготовка и проведение эксперимента 69
Выводы по Главе 3 71
Глава 4 Обработка экспериментальный данных 72
4.1 Влияние усилия прессования на плотность снега в брикете 72
4.2 Проверка адекватности полученных математических моделей 82
4.3 Определение энергетические затраты на процесс прессования снега с учетом полученных экспериментальных данных 84
Выводы по Главе 4 86
Глава 5 Методика расчета параметров вакуум-прессового оборудования для снегоуборочной машины 88
5.1 Разработка методики расчета параметров вакуум-прессового оборудования 88
5.2 Практические примеры реализации методики 96
Выводы по Главе 5 102
Общие выводы по работе 103
Список литературы 105
Приложение 113
- Обзор исследований посвященных проблеме вывода газовой фазы из прессуемой среды
- Определение производительности снегопогрузочной машины, оборудованной агрегатом прессования снега
- Проверка адекватности полученных математических моделей
- Практические примеры реализации методики
Введение к работе
Актуальность работы. В зимний период транспортная инфраструктура подавляющего большинства регионов Российской Федерации работает в особенно тяжелом режиме из-за проблем, вызванных обильными снежными осадками, затрудняющими движение транспорта. В таких ситуациях чрезвычайно важными становятся своевременность, быстрота и качество снегоуборочных работ, поэтому на очистку магистралей от снега и его вывоз приходится одновременно направлять большое количество снегоуборочной техники и человеческих ресурсов, что заметно повышает стоимость их зимнего содержания.
Высокая стоимость земли в крупных городах не позволяет осуществлять сезонное складирование убранного снега внутри городской черты, при этом вывоз снега на значительные расстояния до удаленных снегосвалок резко замедляет темпы его уборки, требует большого количества транспорта и экономически не выгоден. В крупных городах затраты на вывоз снега по перегруженным городским дорогам настолько велики, что экономически выгодным становится растапливание убранного снега на стационарных и мобильных пунктах. Это позволяет значительно сократить расстояние транспортировки.
Не менее важным фактором, обуславливающим высокие расходы на вывоз снега, является нерациональное использование грузоподъемности самосвалов, которая в несколько раз превосходит массу перевозимого снега. В этой ситуации вполне очевидным представляется повышение плотности снега, вывозимого автотранспортом. Это позволит сократить количество занятых в этом процессе транспортных средств, повысить производительность операций по вывозу снега, снизить загруженность городских дорог.
Кроме того, повышение плотности убранного снега выполненное, например, за счет прессования в блоки позволит сократить занимаемое им место во дворах, на площадях и зонах временного складирования снега, что позволит отсрочить операции по его вывозу. В ряде случаев спрессованные снежные блоки можно использовать в качестве строительного материала для различных объектов во дворах, откуда снег зачастую не вывозят вообще. Использование снежных блоков при сооружении оснований зимних дорог, временных зимних аэродромов, снегозадерживающих изгородей вдоль трасс также является актуальным.
Сравнение процесса прессования снега с относительно хорошо изученными процессами прессования конгломератов, используемых в строительной индустрии, позволяет предположить, что газовая фаза (воздух, водяные пары), в больших объемах присутствующая в снеге, заметно влияет на параметры его прессования (т. е. уплотнения в ограниченном объеме). Из этого следует, что интенсификация удаления газовой фазы из пор прессуемой снежной массы может способствовать повышению эффективности этого процесса.
3 ' "
Целью работы является повышение эффективности процесса прессования снега за счет его вакуумированпя и разработка практических рекомендаций по определению параметров вакуум-прессового оборудования для снегоуборочной техники.
Объектом исследования является процесс уплотнения снега в замкнутом объеме в условиях пониженного давления окружающего воздуха.
Предметом исследования является влияние газовой фазы, содержащейся в снеге, на характеристики процесса прессования снега в уплотняющем устройстве, имитирующем соответствующий агрегат снегоуборочной или снегопогрузочной машины.
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены в ходе литературного и патентного поиска, проведения большого объема экспериментальных исследований с помощью оригинального экспериментального оборудования, использования при обработке экспериментальных данных методов математической статистики и регрессионного анализа, выполненных с помощью стандартного программного обеспечения.
Научная новизна работы.
-
Теоретически установлено, экспериментально подтверждено и количественно описано влияние газовой фазы, содержащейся в порах снежной массы, на параметры процесса ее прессования в ограниченном объеме.
-
Выявлены и количественно описаны зависимости плотности снега от прикладываемой нагрузки при различной интенсивности отвода газовой фазы из снега в процессе его прессования (в закрытой камере; со свободной миграцией через газопроницаемые стенки камеры; с применением вакуумирования).
-
Установлено и количественно описано влияние способов и интенсивности отвода газовой фазы из снежной массы на энергоемкость процесса ее прессования.
-
Разработана методика расчета параметров вакуум-прессового оборудования, основанная на результатах исследования.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты выполненных исследований и разработанная на их основе методика расчета параметров рабочего оборудования могут быть использованы при создании вакуум-прессовых агрегатов, способных в определенных условиях сушественно повысить эффективность работы снегоуборочных комплексов по зимнему содержанию транспортных магистралей.
На зашиту выносятся следующие положения:
1. Экспериментально подтвержденная гипотеза о существенности влияния газовой фазы, содержащейся в межкристаллическом пространстве снежной массы, на такие параметры процесса ее уплотнения, как усилие уплотнения, конечная плотность снега, энергоемкость
процесса уплотнения.
-
Экспериментальный стенд, позволяющий выполнять комплекс исследований процесса уплотнения снежной массы в различных условиях, в том числе с вакуумированием, оснащенный автоматизированными системами регистрации и обработки широкой номенклатуры экспериментальных данных.
-
Методика экспериментальных исследований процесса прессования снега в ограниченном объеме в различных условиях, обеспечивающая получение достоверных и непротиворечивых экспериментальных данных, пригодных для статистической обработки с последующей формулировкой выводов и практических рекомендаций.
-
Методика расчета параметров вакуум-прессового оборудования для снегоуборочной машины, основанная на результатах проведенного исследования.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены в ходе международных научно-практическтгх конференций, проходивших в МГСУ (200S г.), МАДИ (2009 г.) и МГТУ им. Н. Э. Баумана (2010 г.), а также в ходе ежегодных (с 2008 по 2010 гг.) научно-исследовательских конференций, проходивших на кафедре Дорожно-строительных машин МАДИ.
Публикация работы. По результатам исследования опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 публикация в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения. 5 глав, основных выводов и списка литературы из 77 наименований. Общий объем работы содержит 158 страниц, в том числе 45 рисунков, 10 таблиц и 3 приложения.
Обзор исследований посвященных проблеме вывода газовой фазы из прессуемой среды
Уплотнение снега в замкнутом объеме, рассматриваемое как процесс его прессования, сопряжен с рядом проблем, не рассматривавшихся ранее при исследовании процесса одноосного уплотнения снега при строительстве зимних автодорог. Среди этих проблем наиболее значимой представляется полный вывод газовой фазы (воздух, водяные пары) из пор снежной массы с целью их закрытия при прессовании. Процесс удаления из пор жидкой фазы в данном контексте можно не рассматривать,так как в любом случае (в виде содержимого пор.либо в виде свободной воды) ее необходимо вывозить к местам утилизации. Как известно, снег - это пористая трехфазная среда, состоящая из ледяного каркаса, образованного твердыми зернами снега и льда, пространство (поры) между которыми заполнено водой, воздухом и(или) водяным паром [12]. Также известно [17, 20, 75], что пористость снега (доля объема, занимаемого порами, по отношению к общему объему снега) колеблется в достаточно широких пределах (от 0,3 до 0,9), поэтому можно предположить, что процесс прессования снега с целью, как было указано выше, повышения коэффициента использования грузоподъемности транспорта, есть процесс уменьшения пористости снега, при котором необходимо максимально полно вывести свободную газовую фазу, содержащуюся в снеге. Логично ожидать, что принудительное удаление газовой фазы, выполненное, например, за счет вакуумирования, приведет к значительному повышению эффективности прессования снега. Проблема вывода газовой фазы из конгломерата, уплотняемого прессованием, изучается в некоторых отраслях науки и техники уже сравнительно длительное время. Все пресс-порошки так же как и снег представляют собой трехфазную сыпучую массу, состоящую из твердого, жидкого и газообразного составляющих.
Однако, пористость этих пресс-порошков значительно меньше пористости снега и доля газовой фазы в общем объеме материала не велика. При прессовании порошков большими давлениями (более 15...20 МПа) возникает эффект «закупоривания» газов в порах и происходит их дальнейшая «запрессовка», что в последствии приводит дефектам готового изделия. В борьбе с «запрессовкой» газов при прессовании уже накоплен некоторый положительный опыт, который несомненно стоит учитывать при исследовании процесса прессования снега. Современной публикацией, широко освещающей вопросы полусухого прессования, является работа С. Г. Силенка и А. А. Борщевского [53], в которой изложены основы теории полусухого прессования и вопросы проектирования оборудования. Исследованию процессов «запрессовки» воздуха при прессовании порошковых масс посвящена работа Ф. В. Кондрашова [29]. Для обеспечения высокого качества прессуемых изделий в последнее время стали применять вакуумирование порошковых масс [59]. В практике прессования строительных изделий из керамических пресс-порошков [1, 48,53,60,61], отмечено, что при прессовании керамических масс «запрессовка» газовой фазы в порах приводит к образованию трещин на готовом изделии после снятие нагрузки. Механизм образования «запрессовки» воздуха достаточно хорошо описан [60]. Содержание воздуха в пресс-порошке непосредственно зависит от его пористости, и при небольшом давлении наблюдается большая осадка пресс-порошка. Воздух активно выходит в первую очередь из периферийных слоев изделия, так как именно там воздухопроводящие каналы и капилляры очень быстро уменьшаются в сечении. При увеличении давления прессования скорость выхода воздуха из пресс порошка снижается, что связано с дальнейшим уменьшением сечения пор, а также с частичной их заполнением водой, выжимаемой из центральных частей.
При больших давлениях (более 20 МПа для порошков) поры в периферийных слоях становятся настолько малыми по объему, что почти полностью заполняются пленочной водой, являющейся склеивающей смазкой. Образуемая пластичная прослойка не пропускает воздух из центральной части прессуемого порошка, а дальнейшее повышение давления прессования приводит к сжатию запрессованного воздуха. При снятии давления прессования давления запертый воздух начинает распирать сырец изнутри. Для решения этой проблемы предлагалось предварительное вакуумирование уплотняемой массы [1, 53, 59], либо устройство специальных газоотводных каналов между стенками пуансона и матрицы. Но эти и другие предложенные способы по ряду технических и технологических причин оказались весьма трудоемкими и малоэффективными. Наиболее действенным, с точки зрения эффективности газоотведения, оказался технологический прием, при котором прессование уплотняемой массы осуществляется постепенно, в ходе многоступенчатого (чаще пятистадийного) приложения постепенно увеличивающейся нагрузки. Одновременно отмечено, что подобный вид прессования отличается небольшой скоростью (по некоторым данным [53] рекомендуемая скорость прессования не должна превышать 9 мм/с), что объясняется уменьшением сечения воздушных капилляров при увеличении давления и, соответственно, снижением скорости выхода газа из пор. Естественно,такая технология прессования неприемлема при уплотнении снега перед его вывозом, так как она в принципе не позволяет согласовать производительность прессующего агрегата с производительностью снегопогрузочного оборудования. Заслуживает внимание технологическое решение [62] для предварительного вакуумирования пресс-порошка (рис. 1.9), в котором рабочая камера 1 выполнена из верхней и нижней частей 2 и 3 с крышкой 4 и выталкивающей шайбы 6 со штоком 5. В. В. Котельников исследовал влияние скорости нарастания уплотняющей нагрузки на плотность снега и установил [30], что с уменьшением скорости нарастания нагрузки с 6 до 3 кПа/с эффективность уплотнения повышается. При скорости нарастания нагрузки менее 3 кПа/с ее влияние на конечную плотность становится незначительным. Эти результаты, вероятно, подтверждают вывод о том, что при уплотнении снега с малыми скоростями, не происходит значительной "закупорки" газов в порах, и они успевают покинуть среду в процессе ее медленного уплотнения. Это же доказывают исследования И. Ф. Шлегеля, который исследовал влияние запрессовки воздуха в порах пресс-порошка при прессовании глиняных изделий [70]. Он установил, что предварительное вакуумирование керамических масс практически не влияет на параметры процесса статического (медленного нагружения) прессования (усилие прессования, конечная плотность материала, степень уплотнения), однако при динамическом прессовании (удар груза массой 31,5 кг с высоты 0,6 м на прессуемое изделие диаметром 25,5 мм) предварительное вакуумирования прессуемой массы приводит к уменьшению образования трещин на готовых изделиях и повышает степень уплотнения порошка в отличие от динамического прессования невакуумированной массы. Стоит заметить, что процесс прессования снега во время его уборки - это процесс динамического прессования, так как для этого процесса требуется очень высокая скорость прессования с целью согласования производительности агрегата (см. главу 2).
Определение производительности снегопогрузочной машины, оборудованной агрегатом прессования снега
Внедрение снегопрессового оборудования в технологическую цепочку машин для погрузки и вывоза снега в места утилизации требует согласования его производительности с производительностью погрузочного оборудования. Для этого должно выполнятся условие где Пn/Jtcc - производительность снегопрессового оборудования; Ппогр п -производительность снегопогрузочной машины.
Производительность снегопрессового агрегата циклического действия, представляющего собой прессовальную камеру, изготавливающую снежные блоки массой т за время іц одного цикла прессования определяется формулой Очевидно, что для максимизации производительности можно либо увеличивать массу снега, прессуемого за один цикл.либо уменьшать время цикла прессования. А. Л. Егоров, опираясь на результаты расчетов, сделал вывод, что рациональный размер стороны снежного блока в виде куба лежит в диапазоне 200...300 мм. Такой размер обоснован необходимостью минимизации энергетических затрат процесса прессования и использования кузова самосвала не менее чем на 80% [18]. При этом, согласно исследованиям того же автора, минимальная плотность снега в блоке, необходимая для сохранения его целостности при погрузке и транспортировке, составляет приблизительно 500 кг/м3. Несложные расчеты показывают, что для согласования производительности снегопрессового оборудования, изготавливающего снежные блоки с вышеизложенными характеристиками, с производительностью, например, распространенного лапового снегопогрузчика СнП-17 с технической производительностью до 60 т/ч, время изготовления одного блока должно составить менее одной секунды, что весьма трудно достижимо. Выход из подобной ситуации можно найти в установке нескольких прессовальных камер с соответствующим увеличением производительности всего снегопрессового агрегата. Но, так или иначе, для достижения приемлемой производительности снегопрессового агрегата время изготовления одного снежного блока необходимо минимизировать.
Рассмотрим время одного цикла прессования. В общем случае оно складывается из следующих составляющих где и - время открытия-закрытия впускной заслонки; t2 — время заполнения камеры снежной массой; и - время уплотнения снежной массы; и - время обратного хода штампа; г5 — время выгрузки готового снежного блока (время открытия-закрытия выпускной заслонки). Для сокращения продолжительности цикла прессования необходимо уменьшать каждую из составляющих или совмещать операции. Если составляющие tu t2, U, U определяются временем срабатывания соответствующих механических приводов, то время уплотнения снежной массы рассчитать достаточно сложно. Время уплотнения снежной массы в камере можно определить по следующей зависимости где LV — изменение объема снежной массы в результате уплотнения, M3;/W — площадь штампа, м2; ишт - скорость перемещения штампа, м/с. Известно, что снег - это трехфазная среда, состоящая из твердой, жидкой и газообразной фаз воды и воздуха. Таким образом, справедлива запись При уплотнении снега &V МЩ=Ъ , т. к. жидкость почти несжимаема, a AV ТВЕРД , так как изменение объема твердой фазы снега возможно только при увеличении плотности сверх 750 кг/м3 [12]. Известно также, что снег является одной из самых пористых сред. Его пористость колеблется в широких пределах от 0,3 до 0,9 [20]. То есть газовая фаза (воздух и водяные пары) может составлять до 90% объема снега.
Следовательно, при уплотнении снега скорость изменения объема содержащейся в нем свободной газовой фазы сильнее всего влияет на продолжительность цикла прессования снега. Для эффективного процесса уплотнения снега А Vглз должно быть равно первоначальному объему газовой фазы V ГАЗ , содержащейся в снежной массе. Поэтому, время цикла прессования снега полностью обусловлено количеством газовой фазы и скоростью ее отвода из зоны уплотнения где ОгАз—Ашґишт скорость отвода газовой фазы из зоны уплотнения, м3/с. Прессование снега происходит в ограниченном объеме, где выход свободной газовой фазы в значительной степени затруднен или невозможен. Защемленный же газ, как известно, сильно увеличивает упругие свойства уплотняемой среды. Таким образом, задача прессования снега, убранного с городских дорог, при его погрузке в грузовой транспорт — это, в первую очередь, задача уменьшения пористости снега. Поэтому для повышения скорости протекания, снижения энергетических затрат процесса прессования снега в замкнутом объеме, а также в практических целях согласования производительности снегопогрузочного и снегопрессового оборудования первоочередным вопросом является изучение процесса выведения газовой фазы из снега, а также поиск научных и технических решений, способствующих повышению скорости его протекания.
Проверка адекватности полученных математических моделей
В результате обработки экспериментальный данных получены однофакторные регрессионные зависимости влияния давления поршня при прессовании на рост плотности снега в брикете при различных условиях прессования. Корреляционный анализ случайных величин давления поршня и плотности снега показывает, что эти величины обладают довольно тесной связью. По шкале Чеддока такая связь качественно характеризуется как высокая [58]. Значения вычисленных коэффициентов детерминации, объясняющих зависимую переменную с помощью функции от аргумента, позволяют говорить о том, что полученные регрессионные модели близки к эмпирическим наблюдениям, адекватны и имеют высокое практическое значение.
Оценку влияния условий прессования снега на усилие прессования, а также на плотность снега в брикете можно провести, прибегнув к дисперсионному анализу с помощью критерия Фишера. Значения рассчитанных дисперсий величины давления поршня для определенных значений плотности снега при различных условиях прессования снега представлены в таблице 4.4. Значения дисперсий плотности снега для определенных значений давления поршня при различных условиях прессования снега приведены в таблице 4.5. При выборке составленной по итогам 20 наблюдений критерий Фишера равен =2,12 при вероятности Р 0,05 . Анализируя вычисленные эмпирические отношения дисперсий величины давления поршня и плотности снега можно сделать вывод о том, что: 1. Выборки с вероятностью 95% относятся к одной и той же генеральной совокупности, однако для некоторых уровней плотности эта вероятность ниже. 2. Внешние факторы, такие как колебание температуры снега, структура снега, качество действий экспериментатора и т.п., влияния на плотность снега и его прочностные свойства практически не оказывают, или опыты проводились в идентичных условиях. 3. Разброс опытных значений давления поршня и плотности снега в брикете увеличивается с возрастанием аргумента функции математической модели. Создание условий для отведения газовой фазы из снега во время его прессования приводит к уменьшению дисперсии значений давления поршня, но в тоже время к небольшому повышению дисперсии значений плотности снега в брикете. Аналитическая формула расчета энергии, необходимой для прессования снега с учетом работы, затраченной на его вакуумирование, предложенная во второй главе диссертации, фиксирует следующее соотношение между затратами энергии на процесс и его параметрами. где т - масса прессуемого снега, кг; рртч -давление поршня при прессовании снега в камере, Па; ртс - падение давления в вакуумирующей рубашке прессовой камеры, Па; р - конечная плотность снега в брикете, кг/м3; р0 - начальная плотность снега до прессования, кг/м3. Подставив в формулу 4.8 полученные ранее регрессионные зависимости 4.2,4.4,4.6 и 4.7, и согласовав единицы измерения, получим уравнения, пригодные для расчета энергетических затрат на прессование снежной массы в различных режимах отвода газовой фазы: 1. При прессовании снега в закрытой камере без вакуумирования. 2. При прессовании снега в камере с газопроницаемыми стенками без применения вакуумирования снега. Ъ. При прессовании снега в камере с применением его вакуумирования.
В целях наглядного представления полученных зависимостей на рисунке 4.11 представлены графики характеризующие затраты энергии на прессование 1 кг снега с начальной плотностью 350 кг/м3. Графическая интерпретация зависимостей 4.9...4.11 позволяет утверждать, что с точки зрения энергоемкости процесса прессования снежной массы наименее эффективным является ее уплотнение в изолированном объеме (кривая I). Большей эффективностью отличается процесс уплотнения снежной массы при обеспечении беспрепятственной миграции паровоздушной фазы из снега (кривая II), но наибольшей эффективностью характеризуется прессование снега с принудительным откачиванием паровоздушной фазы (кривая III). 1. Различие параметров, характеризующих состояние внешней среды в период проведения экспериментов (такие как колебания температуры снега, его структура, индивидуальность действий экспериментатора и пр.), не оказало заметного влияния на их результаты, которые в силу этого могут считаться однородными и сопоставимыми. 2. Вид регрессионных уравнений, описывающих количественные соотношения между характеристиками процесса прессования снега (плотность снега и усилие прессования) в различных режимах, и теснота исследованных корреляционных связей свидетельствуют об идентичности физических процессов, происходящих в снежной массе при ее уплотнении в различных условиях. 3. Наличие газовой фазы в межкристаллическом пространстве снежной массы оказывает заметное влияние на силовые и энергетические характеристики процесса .ее прессования 4. Обеспечение свободной миграции паровоздушной фазы из прессуемого снега в замкнутом объеме (реализованное, например, за счет газопроницаемости стенок камеры) дает некоторое уменьшение силовых и энергетических характеристик данного процесса. 5. Вакуумирование снега (то есть принудительное откачивание паровоздушной фазы из снега) в процессе его прессования позволяет существенно снизить усилия, прилагаемые для достижения необходимой плотности снега, либо, при одинаковом усилии уплотнения достичь большей плотности снега в брикете. 6. Вакуумирование снега при его прессовании позволяет существенно снизить общую энергоемкость процесса. В зоне высоких плотностей снега (более 550 кг/м3) за счет применения его вакуумирования при прессовании возможно снижение общих энергетических затрат процесса в 1,5...2,1 раза. 7. Полученные математические зависимости адекватны натурным процессам и описывают изменение плотности снега в функции прилагаемой нагрузки при прессовании его при различных условиях воздействия на газовую фазу, в форме, пригодной для их использования при математическом моделировании процесса уплотнения снега в замкнутом объеме.
Практические примеры реализации методики
Практическими результатами методики, сформированной на основе проведенных исследований, подтверждающими ее практическую ценность, полезность и применимость стали разработанные конструкции снегоуборочной машины [7] и устройства для уплотнения снега [8], являющиеся объектами патентного и авторского права.
Устройство для уплотнения снега (рис. 5.2) реализует идею применения вакуумирования снега во время его прессования. Устройство, может применяться в качестве рабочего органа снегоуборочной машины и работает следующим образом. Снег, не содержащий негабаритные частицы, из бункера 7 через загрузочное окно 5 при открытом шиберном затворе 6 подается в корпус 1 устройства. При этом поршень 8 находится в начальном положении, а разгрузочное окно 10 закрыто затвором 11. После заполнения камеры снегом шиберный затвор 6 закрывает загрузочное окно 5, и поршень 8 подается вперед приводным органом 9. Во время уплотнения снега, содержащаяся в нем газовая фаза под механическим давлением поршня 8 может свободно покидать, зону уплотнения-через газопроницаемые мембранные зоны 12, выполненные в стенках 2,3 и 4 корпуса 1.
требуемое усилие на поршне 8. В то же время, одновременно с началом движения поршня 8 может включаться вакуумный насос 15, и, в этом случае, через объединенные бандажом 13 газопроницаемые мембранные зоны 12 посредством магистралей 14 может производиться принудительный отсос газовой фазы из уплотняемого снега, что позволяет достигнуть большей конечной плотности снега в брикете. Во избежание холостого откачивания газовой фазы по мере движения поршня 8 его стенки блокируют мембранные зоны 12, перекрываемые поршнем 8 при его движении и не контактирующие непосредственно со снегом. После достижения желаемой степени уплотнения снега вакуумный насос 15 выключается, затвор 11 открывает разгрузочное окно 10, и продолжающий движение поршень 8 выталкивает готовый снежный брикет из корпуса 1. Далее у приводного органа 9 включается реверс, поршень 8 отводится в начальное положение, затвор 11 закрывает разгрузочное окно 10, а затвор 6 открывает загрузочное окно 5, и процесс повторяется.
Таким образом, конструкция устройства позволяет при операциях по прессованию снега снизить уплотняющую нагрузку на поршне и достигнуть большей конечной плотности снега в брикете. Стремление создать практически применимый образец снегопогрузочной машины, производящей дополнительное прессование снега перед погрузкой его в автомобильный транспорт, в которой при этом производительность снегоуплотняющего агрегата полностью соответствовала бы производительности погрузчика, реализовалось в примере возможной конструкции машины представленной на рис. 5.3. В предложенной конструкции не предусмотрено применение вакуумирования снега, однако его достаточно просто можно организовать применив решение описанное выше в устройстве для уплотнения снега.
Снегоуборочная машина представляет собой фронтальный колесный погрузчик, рабочим органом которого является специальный снегоуплотнительный ковш. Машина работает следующим образом, (рис. 5.3)
При открытой передней стенке-крышке 10 ковша 3 фронтальный погрузчик 1 заполняет ковш 3 снегом, после чего при помощи зубчатых колес управляющих гидромоторов 13 посредством зубчатых реек 12 передняя стенка-крышка 10
Во время маневрирования погрузчика 1, подъезда к кузову грузового автомобиля и погрузочных манипуляций ковшом 3 с использованием механизма 2 крепления и управления съемным оборудованием, гидроцилиндры 15 посредством плоских верхних и нижних тяг 16 перемещают уплотнительные поршни 17 от боковых стенок 7 к центру ковша 3,за счет чего совершается уплотнение порции захваченного снега с получением снежного брикета. После уплотнения поршни 17 за счет возвратного движения гидроцилиндров 15, возвращаются в исходное положение, к боковым стенкам 7 ковша 3. Плоские горизонтальные тяги 16 перемещаются вдоль полостей 14 в верхней и нижней стенках 4 и 5 ковша 3 так, что перекрывают полости 14 и защищают гидроцилиндры 15 от воздействия снега.
Для выгрузки готового снежного брикета в кузов грузового автомобиля у снегоупогрузочного ковша 3 гидромоторами 13 открывается передняя стенка-крышка 10, после чего брикет выгружается в кузов автомобиля при опрокидывании ковша 3 механизмом управления оборудованием 2 фронтального погрузчика 1. Далее операция погрузки и брикетирования аналогично может быть повторена для новой порции снега. Питание гидромоторов 13 и гидроцилиндров 15 снегопогрузочного ковша 3 осуществляется от гидросистемы базового фронтального погрузчика 1.
Таким образом, предложенный снегопогрузчик позволяет повысить плотность снега, вывозимого автомобильным транспортом с мест его уборки на автомобильных дорогах, городских площадях и дворовых территориях. У данной конструкции есть нюанс, серьезно отличающий ее от остальных известных конструкций снегоуборочных и снегопогрузочных машин с уплотняющим рабочим органом. Процесс прессования снега осуществляется одновременно с операцией транспортирования снега из снежного вала в кузов грузового транспорта или на площадку временного хранения брикетированного снега, что позволяет полностью согласовать производительность пресса с производительностью базового погрузчика, что весьма трудно достижимо в конструкциях, предусматривающих уплотнение снега между его подбором из вала и операцией погрузки в автомобильный транспорт. В качестве апробации разработанной методики, рассмотрим пример оснащения вакуум-прессовым оборудованием колесного погрузчика (рис. 5.3) для конкретных условий использования.
