Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом и устройство для его осуществления

Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к коммунальному хозяйству, а именно к автоматическим техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям, и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях.

Прототипом является способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью [пат. РФ 2287635, МПК Е01Н 10/00, 2006].

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции, реализующей способ;

- большие затраты на эксплуатацию, обусловленные наличием дорогостоящей аппаратуры, которую нужно обслуживать, а также невозможностью повторного использования реагента.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик.

Задача решается тем, что в способе автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом, включающем определение на контролируемом участке дороги состояния дорожного покрытия посредством датчика, вырабатывание сигнала на исполнительные механизмы, распределяющие вещество по полотну дороги, обработку производят при наличии на покрытии снежно-ледяной массы.

Датчик выполняют в виде трубы с нагревателем, при этом при наличии движения воздуха в трубе выключают нагреватель, а при отсутствии - включают. В период между распределениями подготавливают очередную порцию вещества путем его прокаливания. В качестве вещества используют песок. В трубе датчика воздушный поток подвергают завихрению. Концы трубы датчика размещают вне нагревателя.

В устройстве для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом, содержащем датчик и исполнительный механизм, распределяющий вещество по полотну дороги, исполнительный механизм выполнен в виде соединенного с источником сжатого воздуха сопла, установленного на поворотном круге, размещенном на платформе, и соединенного с механизмом поворота его в вертикальной плоскости, который реализован в виде двух червяков со скрещивающимися взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси первого червяка, размещенного на круге и взаимодействующего с зубчатым сектором, который жестко связан с соплом, и сопряжено со вторым червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота круга, при этом второй червяк выполнен со сквозным осевым отверстием, в которое пропущена труба, один конец которой имеет возможность контакта с соплом.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Проведение обработки покрытия при наличии на нем снежно-ледяной массы упрощает конструкцию датчика и всего устройства в целом и улучшает эксплуатационные характеристики за счет повышения надежности и снижения затрат.

Выполнение датчика в виде трубы с нагревателем упрощает конструкцию, а выключение нагревателя при наличии движения воздуха в трубе и выключение его при отсутствии движения повышает достоверность обрабатываемой датчиком информации. Это объясняется тем, что отсутствие движения воздуха в трубе свидетельствует об обледенении дороги или о выпадении на нее снега. Для получения последующей информации необходимо очистить концы трубы датчика от снега или гололеда путем ее нагрева.

Подготовка в период между распределениями вещества по дороге очередной его порции путем прокаливания способствует повышению надежности работы, так как прокаленное вещество, например песок, не содержит влаги, поэтому не смерзается и хорошо разбрасывается по дороге.

Использование в качестве вещества песка позволяет использовать его повторно путем сбора с дороги весной, что удешевляет эксплуатацию. Кроме того, сам по себе песок имеет низкую себестоимость по сравнению с реагентами.

Осуществление завихрения в трубе датчика воздушного потока повышает чувствительность датчика, что повышает эксплуатационные характеристики.

Размещение концов трубы датчика вне нагревателя уменьшает искажение информации, обрабатываемой датчиком, что повышает его надежность.

Выполнение исполнительного механизма в виде соединенного с источником сжатого воздуха сопла, установленного на поворотном круге, размещенном на платформе, и соединенного с механизмом поворота его в вертикальной плоскости, который реализован в виде двух червяков со скрещивающимися взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси первого червяка, размещенного на круге и взаимодействующего с зубчатым сектором, который жестко связан с соплом, и сопряжено со вторым червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота круга, позволяет размещать двигатель, поднимающий и опускающий сопло, вне круга (на платформе). Это упрощает конструкцию, снижает весогабаритные характеристики поворачивающихся частей, а также их момент инерции, что уменьшает энергопотребление, дает возможность применять менее мощный двигатель, улучшая тем самым также и эксплуатационные характеристики. Кроме того, самотормозящиеся червячные передачи автоматически фиксируют сопло в нужном положении после выключения двигателя.

Выполнение второго червяка со сквозным осевым отверстием, в которое пропущена труба, один конец которой имеет возможность контакта с соплом, позволяет непрерывно подавать в сопло противогололедное вещество при любом положении последнего в процессе работы, что упрощает конструкцию и повышает эксплуатационные характеристики.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом. На фиг. 2 изображено устройство в момент забора противогололедного вещества из бункера. На фиг. 3 изображено устройство в момент подготовки противогололедного вещества к использованию. На фиг. 4 изображено устройство в момент накопления противогололедного вещества перед использованием. На фиг. 5 изображен вид А устройства. На фиг. 6 изображен разрез датчика устройства. На фиг. 7 изображен вид датчика в момент заноса его снегом. На фиг. 8 изображена часть конструкции датчика. На фиг. 9 изображена схема блока обработки сигнала датчика.

Устройство для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом содержит стойку 1, закрепленную на червячном зубчатом колесе 2, установленном с возможностью поворота на втулке 3, неподвижно закрепленной на основании 4, и сопряженном с червяком 5, соединенным с первым электродвигателем (не показан). В стойке с возможностью вращения установлена ось 6, на которой неподвижно закреплены сопло 7 с отверстием 8 для подачи сжатого воздуха и зубчатый сектор 9, сопряженный с зубьями глобоидного червяка 10, который установлен в опорах 11, закрепленных на колесе 2, с возможностью осевого вращения и имеет жестко закрепленное на оси червячное колесо 12, сопряженное с червяком 13, вал 14 которого установлен во втулке 3 с возможностью вращения и соединен со вторым электродвигателем (не показан), закрепленным на основании 4. В нижней части сопла 7 выполнен продольный паз 15, сопряженный с отверстием пропущенной соосно сквозь червяк 13 трубы 16, один конец которой подвижно размещен в нижней части сопла, а другой соединен с выходным патрубком 17 накопителя 18, в нижней части которого установлен шнек 19, покрытый прокаленным песком 20, а на верхней части размещен выполненный заодно с бункером 21 трубопровод 22, имеющий неподвижно закрепленную камеру 23, которая сообщена с полостью трубопровода, в котором установлены шнек 24 и поворотные задвижки 25, 26, посредством паза 27, а посредством радиального отверстия 28 - с полостью трубопровода и накопителем 18, и имеет перегородку 29 и нагревательные элементы 30. Датчик устройства реализован в виде трубы 31, выполненной заодно с нагревательным элементом, которая может быть закреплена непосредственно в полотне 32 дороги или над ним, с размещенной внутри консольной пружиной 33, на свободный конец которой насажена пластина 34 с магнитом 35, взаимодействующим с неподвижным герконом 36, при этом концы трубы закрыты колпачком 37 с сеткой 38, которые могут быть покрыты снежно-ледяной массой 39. Датчик соединен с исполнительными механизмами через блок обработки сигнала, содержащий по два конденсатора 40, 41 и элемента 42, 43 ИЛИ-НЕ, три резистора 44-46, счетчик 47, усилитель 48 мощности (УМ) и магнитный пускатель (КМ) с обмоткой 49, которая подключена через усилитель мощности к k-му выходу счетчика и к первому входу элемента 42 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соответственно через резистор 46 и конденсатор 41 соединен с объединенными с выходом элемента 42 входами элемента 43 и его выходом, подключенным к счетному входу счетчика, вход сброса в ноль которого соответственно через резистор 44, конденсатор 40 и резистор 45 подключен к шине питания и геркону, соединенному с землей.

Работает устройство для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом следующим образом.

Перед наступлением холодов (например, осенью) включают устройство в автоматический режим работы (фиг. 1). Для этого подают электрическую энергию на исполнительные механизмы и на блок обработки сигнала (фиг. 9). После подачи напряжения питания посредством конденсатора 40 образуется короткий импульс логической единицы (лог. 1), устанавливающий счетчик 47 в нулевое состояние.

Предположим сначала, что осадков нет. В трубе 31, которая может быть проложена внутри полотна 32 дороги (на фиг. 6, 7 показана слева) или над ним (показана справа), за счет разности давлений на ее концах в ней начинается движение воздуха (сквозняк) (фиг. 6, 8). Отметим, что разность давлений на концах трубы может образоваться из-за разной скорости движения воздуха, завихрений, различной плотности воздуха, его температуры и т.д. Движущийся в трубе поток воздуха воздействует на пластину 34 (служащую завихрителем), посредством которой консольная пружина 33 деформируется, отводя магнит 35 от геркона 36 (фиг. 8). При этом контакты геркона, которые при недеформированном состоянии пружины находились в замкнутом состоянии, размыкаются, что приводит к появлению потенциала лог. 1 на входе R сброса счетчика 47, обнуляющей его и запрещающей ему накапливать импульсы по входу С, которые формируются элементами 42, 43, 41 и 46. Так будет продолжаться до тех пор, пока не начнется выпадение осадков, покрывающих поверхность дорожного полотна снежно-ледяной массой.

В процессе выпадения осадков толщина слоя снежно-ледяной массы 39 будет увеличиваться, что приведет к закрыванию ею отверстий сетки 38 колпачка 37 (фиг. 7). Отметим, что в случае выпадения «ледяного» дождя капли воды будут стекать с крышки колпачка 37 и удерживаться на сетке 38, замерзая впоследствии и образуя ледяную воздухонепроницаемую оболочку. Чувствительность датчика к толщине слоя снежной массы можно регулировать, предварительно изменяя положение конца трубы (колпачка 37) относительно поверхности дорожного полотна.

После того как снег (замерзшая вода) закроет отверстия в сетке 38, движение воздуха в трубе 31 прекратится и пружина 33 вернется в исходное недеформированное состояние. Магнит 35 окажется у геркона 36, и контакты его замкнутся. В результате резистор 45 будет подключен к земле, и на делителе, образованном резисторами 44, 45, сформируется сигнал логического нуля (лог. 0), который поступит на вход R сброса счетчика 47, разрешая ему накапливать импульсы. Предположим, мы будем полагать, что промежуток времени, равный пяти минутам, в течение которого не произойдет движения воздуха в трубе 31 (контакты геркона будут постоянно замкнуты), свидетельствует о наличии на дорожном полотне слоя снега, закрывшего отверстия сетки 38 колпачков 37 с обоих концов трубы. Тогда k-й разряд счетчика 47 на единицу должен быть больше n числа 2ⁿ, которое приблизительно равно количеству импульсов, накапливаемых счетчиком за это время. Например, на вход С счетчика поступают импульсы с частотой 14 Гц. За 300 с (5 мин) счетчик накопит 14×300=4200 импульсов, что приблизительно равно 2¹²=4096 импульсов, т.е. k=12+1=13, т.е. задействован должен быть 13-й разряд счетчика.

Таким образом, приблизительно через пять минут (точнее - 293 с) на выходе k счетчика появится лог. 1, которая поступит на вход элемента 42, и генерация импульсов на вход счетчика прекратится. Одновременно с выхода k лог. 1 поступит на усилитель 48 мощности, который, в свою очередь, запитает обмотку 49 магнитного пускателя, в результате чего на нагревательный элемент трубы 31 и программное устройство (не показано) будет подано напряжение. Счетчик будет находиться в таком состоянии до размыкания контактов.

По сигналу программного устройства временно (на период обработки) перекрывается движение транспортных средств, например, с помощью светофоров. После этого прокаленный песок 20 из накопителя 18 шнеком 19 через патрубок 17, трубу 16 и паз 15 подается во внутреннюю полость сопла 7, куда одновременно от компрессора (не показан) через отверстие 8 подается сжатый воздух, который выдувает поступающий песок из сопла и увлекает его, формируя песчано-воздушную струю, наносящую песок на поверхность дорожного покрытия (фиг. 1, 5). Для нанесения равномерного слоя песка включают (по программе) двигатель, поворачивающий червяк 5. В результате этого колесо 2 вместе со стойкой 1, опорами 11, червяком 10, зубчатым сектором 9 и соплом 7 начнет поворачиваться на втулке 3, обеспечивая при этом покрытие песком на дорожном полотне участка кольцевой формы. Для увеличения (уменьшения) радиуса указанного кольца включается двигатель, вращающий вал 14 червяка 13, который посредством червячного колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с соплом 7 и осью 6. При этом поворот сопла в вертикальной плоскости приведет к изменению радиуса обрабатываемого песком участка. Поворачивая сопло 7 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, постепенно покрывают песком все дорожное полотно.

Одновременно ведут подготовку очередной порции прокаленного песка. Для этого включают нагреватели 30, шнек 24 и поворачивают задвижку 26 на 180°, в результате чего песок из бункера 21 начнет ссыпаться в полость трубопровода 22 и подаваться шнеком 24 через отверстие 28 в камеру 23 между ее левой стенкой и перегородкой 29 (фиг. 1, 2, 3). Заметим, что для исключения замерзания в бункере 21 песка, он должен быть пропитан солевым раствором или нагреваться до положительной температуры, например, нагревательным элементом. После достаточного заполнения камеры 23 песком, прекращают подачу последнего из бункера 21, поворачивая задвижку 26 в исходное состояние. Вращающийся шнек 24 будет подавать в левую часть камеры 23 песок, который, пересыпаясь через перегородку 29, будет попадать на нагревательные элементы 30, высыхая и прокаливаясь при этом, а потом, высыпаясь через паз 29 на шнек 24, будет снова подаваться последним в камеру 23. Таким образом, пройдя несколько раз через камеру 23, порция песка будет полностью высушена, прокалена и готова к использованию. Для помещения ее в накопитель 18 поворачивают задвижку 25 на 180°, обеспечивая сброс песка в накопитель шнеком 24 (фиг. 4). Заметим, если задвижку 25 повернуть потом на 90°, то в накопитель ссыплется песок, оставшийся в левой части камеры 23. После накопления нужного количества песка в накопителе 18 устройство приходит в исходное состояние, готовое для очередной обработки песком дорожного покрытия.

Тепло от нагревательных элементов трубы 31 постепенно растопит снежно-ледяное покрытие на сетке 38, движение воздуха в трубе возобновится, и контакты геркона 36 разомкнутся, что приведет к появлению потенциала лог. 1 на входе R сброса счетчика 47, обнуляющей его и запрещающей ему накапливать импульсы по входу С. Магнитный пускатель выключится, а вместе с ним выключится нагревательный элемент трубы 31 и снимется напряжение с исполнительных механизмов. Периодические прохождения магнитом 35 геркона 36 (в результате колебаний пластины 34 от напора воздуха) будут кратковременно замыкать контакты геркона, вызывая при этом появление лог. 1 на R входе счетчика 47, однако на его в k-м выходе не успеет сформироваться лог. 1, так как вскоре контакты геркона разомкнутся, что приведет к обнулению счетчика, т.е. при движении воздуха в трубе счетчик, только начав считать импульсы, будет вскоре сбрасываться в ноль.

Если погодные условия к моменту выключения устройства не изменятся, то сетка 38 вновь начнет обмерзать и через некоторое время, определяемое продолжительностью обмерзания сетки, на выходе блока обработки сигнала вновь сформируется импульс, запускающий обработку дорожного покрытия песком. Заметим, возможен вариант работы устройства, когда обработка будет начинаться при наличии сигнала от датчика и таймера программного устройства, отсчитывающего минимальное время между обработками.

Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции и удобное в эксплуатации устройство, обрабатывающее в автоматическом режиме противогололедным веществом дорожное покрытие на опасных участках магистралей.

1. Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом, включающий определение на контролируемом участке дороги состояния дорожного покрытия посредством датчика, вырабатывание сигнала на исполнительные механизмы, распределяющие вещество по полотну дороги, отличающийся тем, что обработку производят при выпадении осадков с образованием снежно-ледяной массы на датчике.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества используют песок, очередную порцию которого подготавливают путем его прокаливания.

3. Устройство для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным веществом, содержащее датчик состояния дорожного покрытия на контролируемом участке дороги и исполнительный механизм, распределяющий вещество по полотну дороги, отличающееся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде соединенного с источником сжатого воздуха сопла, установленного на поворотном круге, размещенном на платформе, и соединенного с механизмом поворота его в вертикальной плоскости, который реализован в виде двух червяков со скрещивающимися взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси первого червяка, размещенного на круге и взаимодействующего с зубчатым сектором, который жестко связан с соплом, и сопряжено со вторым червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота круга, при этом второй червяк выполнен со сквозным осевым отверстием, в которое пропущена труба, один конец которой имеет возможность контакта с соплом, а другой соединен с накопителем противогололедного вещества.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что датчик выполнен в виде трубы с нагревателем, имеющим возможность выключения при наличии движения воздуха в трубе и включения - при отсутствии, при этом концы трубы размещены вне нагревателя.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что противогололедным веществом является прокаленный песок.

6. Устройство по любому из пп. 3, 4, отличающееся тем, что в трубе датчика установлен завихритель воздушного потока.