1.3 Способы и машины для растапливания снега

Содержание и уборка городских улиц является важным фактором нормального функционирования любого города. Особенно зимой коммунальное хозяйство города начинает испытывать максимальные нагрузки, связанные с уборкой снега и льда. Удаление снежных валов, образующихся в результате расчистки проезжей части, наиболее трудоёмкая работа, которая требует особой оперативности и огромных технических и материальных средств. При расчистке дорог мобилизуется огромное количество транспортных и специальных средств, энергетических ресурсов, из-за которых нарушается движение транспорта.

При зимнем содержании используют снегоочистители, снегопогрузчики льдоскалыватели и другую специальную технику. Снег увозят на сухие снегосвалки, сбрасывают в водоёмы, растапливают в стационарных плавильных камерах. Известна снеготаялка на основе мобильного смесителя для ремонта дорожных покрытий литой асфальтобетонной смесью. Снеготаялка состоит из транспортной обогреваемой ёмкости с реверсивным смесителем, загрузочным люком и выгрузным приспособлением для слива очищенной от посторонних примесей талой воды.

С целью уменьшения транспортных средств и повышения производительности работ уборки и вывоза снега предлагается конструкция машины для растапливания снега на базе автогудронатора. Система подогрева автогудронатора состоит из теплоизолированной цистерны и установленных внутри неё жаровых труб на фланцах которых, установлены стационарные горелки обеспечивающие подогрев материала до 200°С, что позволяет растапливать снег погружая его в цистерну. На автогудронаторе необходимо установить загрузочный бункер, на выгрузном отверстии фильтр и рукав для слива талой воды. Цистерну нагревают до эффективной температуры таяния, затем загружают снежно-ледянную массу в нагретую ёмкость, плавят её и полученную воду используют для технических нужд либо сливают в водосточную сеть или хозяйственно-фекальную канализацию.

При уборке проезжих частей г. Караганды в тендеме со снегопогрузчиком работают автосамосвалы на базе автомобиля КамАЗ, которые вывозят в среднем 8 м³ снега за пределы города на расстояние 10-15 км. Для бесперебойной работы, один снегопогрузчик обслуживают 3-5 автосамосвалов.

Погружая снег в автогудронатор и растапливая его можно значительно сократить количество автосамосвалов. Средняя плотность снега составляет 450 кг/м³, а вместимость цистерны автогудронатора 7500-8000 л, таким образом, один автогудронатор растапливает около 17 м³ снега превращая его в воду. Время растапливания и количество топлива необходимого для этой операции определим из теплового расчета автогудронатора.

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.

Поэтому необходимо принять допущения:

– теплообмен происходит теплопроводностью;

– режим теплообмена – стационарный;

– температура сгорания топлива является постоянной.

Тепловой расчет необходим для определения количества топлива необходимого для расплавления данного объема снежно ледяной массы и времени необходимого на эту операцию, эти цифры необходимы для расчета экономической эффективности машины.

Массу топлива определяем по формуле:

, кг, (1)

где − масса топлива, кг;

Q − количество теплоты необходимое для растапливания данного объема снежно - ледяной массы, Дж;

−теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Для нахождения времени необходимого на один цикл составляем уравнение теплового баланса с учетом тепловых потерь через стенки емкости, уравнение будет выглядеть так:

(2)

где − теплоемкость снега, Дж/кгград;

−масса снега, кг;

−температура снега при загрузке, град;

−температура окружающей среды, град;

−удельная теплота фазового перехода снег вода, Дж/кг;

, − соответственно толщина внутренней и наружной стенок емкости, м;

,− соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК);

−время цикла, c;

−внутренняя площадь стенок емкости, м²;

−длина жаровых труб, м;

−коэффициент теплопроводности стенок жаровых труб, Вт/(мК);

−температура горения топлива, град;

−внутренний и наружный диаметр жаровых труб, м;

Из формулы (2) получим:

,с (3)

Количество теплоты необходимое для расплавления данной массы снега определим по формуле:

(4)

Результаты расчетов по полученным формулам сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Сравнение технико-экономических показателей вариантов комплектов машин для вывоза снега.

Комплект машин	Объём вывозимого снега, м³	Кол-во машин обслуживающих погрузчик, шт	Расстояние вывоза снега, км	Расход кол-ва топлива обслуж-ми машинами, л	Время растапливания 1 м³ снега, мин
Погрузчик – автосамосвал	8 - 9	3 - 5	10 - 15	24	–
Погрузчик – автогудронатор	17 - 18	1	–	24	2

В качестве базовой машины автогудронатора принято базовое шасси автосамосвала КамАЗ – 53213.

Исходя их анализа полученной таблицы, следует, что использование автогудронаторов в зимнее время для вывоза снега эффективнее, чем использование для этих целей автосамосвалов. Эффективность заключается в сокращении количества машин и соответственно затрат на заработную плату рабочих и ТО и Р машин.