Снежный покров на дорогах может образоваться либо из снежных осадков, либо из снежных заносов. Структура и свойства снега в обоих случаях неодинаковы. Снег, выпадающий на дорогу, образует рыхлый снежный покров плотностью не более 0,15—0,20 г!см3. Толщина покрова за один снегопад не^ превышает 20—25 см. При снежных заносах образуется очень плотный снежный покров, который с течением времени может достигнуть толщины в несколько метров и плотности, превышающей 0,5—0,6 г/см3.

Плотность снега в полевых условиях определяется специальным прибором — весовым плотномером. Плотность зависит от температуры снега и удельного давления на пего.

Коэффициент сцепления зависит, помимо плотности снега, и от его влажности; для сухого снега этот коэффициент больше. Влажность снега определяется калориметрическим способом.

Максимальная плотность, достигнутая при уплотнении снега, равна 0,74 г/см3. Снег лучше уплотняется при отрицательной температуре, близкой к нулю.

Снег обладает высокой пластичностью, а упругость его весьма незначительна и во много раз меньше упругости льда (0,09—0,06 кГ/см2).

Другим показателем, характеризующим сопротивляемость снега при проникновении в него твердого тела, является твердость. Для снега плотностью 0,42 г/см3 твердость равна 85 кГ/см2. С увеличением плотности и понижением температуры твердость снега возрастает.

Из механических показателей, характеризующих свойства снега и имеющих значение для расчета сопротивлений, возникающих при работе снегоуборочных машин, существенными являются коэффициенты сцепления, скалывания, внешнего и внутреннего трения и сопротивления разрыву, скольжению и перекатыванию колеса.

С увеличением плотности снега коэффициент внешнего трения убывает, а коэффициент внутреннего трения возрастает. С понижением температуры снега внутреннее трение возрастает, а внешнее трение в промежутке температур от +2 до —4 убывает, а далее, с дальнейшим понижением температуры, возрастает.

При перемещении твердого тела по снежной поверхности имеет место не только внешнее трение между поверхностями тела и снега, но и смятие последнего. Вследствие этого коэффициент сопротивления движению по снегу больше коэффициента внешнего трения. Величина смятия зависит от удельного давления и глубины погружения тела. В практических расчетах можно принять, что сопротивление снега смятию возрастает прямо пропорционально глубине погружения тела. Удельное сопротивление смятию равно —600 кГ/м2.

Коэффициент сцепления колеса с заснеженной поверхностью асфальтобетонного покрытия в зависимости от состояния снежного покрова и типа шин изменяется от 0,06 до 0,35, в то время как для этой же поверхности, очищенной от снега, коэффициент сцепления равен 0,50—0,65.

Для ледяной поверхности при плотности льда 0,90 г/см3 и температуре от —12 до —16е С установлены следующие механические показатели: сцепление — 32,5 кГ/см2, временное сопротивление на разрыв —24 кПсм2, временное сопротивление на срез — 16,5 кГ/см2.

Плужные снегоочистители. Удаление снежного покрова с поверхности дороги механизированным способом осуществляется плужными или роторными снегоочистителями. У плужных снегоочистителей рабочим элементом, удаляющим снег, служит плуг, монтируемый в передней части автомобиля или трактора, а у роторных снегоочистителей — специальной конструкции метатель, вращающийся со скоростью 300— 400 об/мин.

Плужные снегоочистители (рис. 227) разделяются на одноотвальные, отбрасывающие снег на одну сторону, и двухотвальные, которые могут отбрасывать снег на одну или на обе стороны. Некоторые марки плужных снегоочистителей помимо переднего отвала имеют одно или два боковых отвала (крыла), отодвигающих снег за пределы земляного полотна. Оборудование снегоочистителя монтируется на шасси автомобилей или на рамах тракторов.

Снегоочистители на автомобилях используются для патрульной службы по очистке дорог во время снегопадов и метелей. Ими можно удалять снег плотностью до 0,20—0,25 г/см3 при глубине снежного покрова до 40 см. На таком снежном покрове снегоочистители работают со скоростью 20—25 км/ч.
Тракторные плужные снегоочистители, обладающие высокой тяговой характеристикой, используют для расчистки дорог от больших снежных заносов; Они могут работать на очень плотном снежном покрове (0,5 г/см3 и более) и толщиной 1,0—1.2 м. Рабочая скорость снегоочистителя в этих условиях не превышает 3,0—3,5 км/ч.

К достоинствам автомобильных плужных снегоочистителей относятся:
1) сравнительно большая рабочая скорость, благодаря чему снег отлетает на значительное расстояние (до 7—10 м) и образуемые после прохода снегоочистителя снежные валы имеют пологую форму;

Рис. 227. Схемы плужных снегоочистителей: а — одно-отвальный; б — одноотвальнын с крылом; в — двухот-вальный; г — двухотвальный с крылом

2) большая мобильность, позволяющая быстро перебазировать снегоочиститель с одного участка работ на другой;
3) возможность использования автомобиля по прямому назначению после демонтажа снегоочистителя.

Достоинствами тракторных снегоочистителей являются:
1) возможность работы в тяжелых снеговых условиях;
2) возможность использования трактора на других работах после демонтажа снегоочистителя.

Промышленностью выпускаются плужные снегоочистители, монтируемые на автомобилях и тракторах.

Схема одноотвального плужного снегоочистителя показана на рис.-228. Снегоочиститель смонтирован на автомобиле и состоит из отвала, расположенного в передней части машины, и крыла, подвешенного с правой стороны. Отвал цилиндрической формы изготовлен из листовой стали толщиной 4 мм. Он соединен посредством толкающей рамы с лонжеронами автомобиля и опирается на катки. Высота отвала — 1100 мм, длина — 3500 мм, угол установки отвала в плане изменяется в интервале 45—90е, угол резания — 35—60°.

Рассмотренный нами характер движения снега лишь схематично отражает действительную траекторию, которая представляет собою сложную пространственную кривую. При малых скоростях движения снегоочистителя, как это имеет место у тракторных снегоочистителей, снег за период времени, пока он не сместится в сторону, может несколько раз подниматься по отвалу и сходить с него. При больших скоростях снегоочистителя снег скользит по поверхности отвала вверх и в сторону и, достигнув верхнего наружного обреза, со значительной начальной скоростью сходит с отвала. Наибольшая дальность полета снега получится, если скорость частицы снега в момент отрыва с отвала будет наклонена к горизонту под углом около 45°.

У большинства снегоочистителей отвал имеет цилиндрическую форму, однако применяются также отвалы с конической и винтовой поверхностями. Последние придают снегу большую устойчивость в полете и увеличивают дальность полета.

Длина отвала выбирается такой, чтобы ширина захвата при наименьшем угле в плане была на 30—40 см больше ширины хода автомобиля или трактора, на котором монтируется снегоочиститель.

Роторные снегоочистители. Как правило, они имеют два рабочих органа, один из которых срезает снежный покров и подает его к средней части машины, а второй захватывает этот снег и отбрасывает в сторону. Исключение составляют фрезерные снегоочистители, у которых совмещены в одном рабочем органе операции по вырезанию и отбрасыванию снега. Однако эти снегоочистители не находят большого применения главным образом из-за малой производительности, высокой энергоемкости, сложной конструкции рабочего органа и небольшой дальности отброса снега. По типу рабочих органов роторные снегоочистители (рис. 231) подразделяются на шнеко-роторные (рис. 231, а), фрезерно-роторные (рис. 231, б) и плужно-роторные (рис. 231, б). Наибольшее распространение получили шнеко-роторные снегоочистители, у которых для вырезания снега имеются два или три шнека. Эти снегоочистители конструктивно более просты и надежны в работе, но менее приспособлены для срезания сильно уплотненного снежного покрова. В этих условиях более эффективно работают фрезерно-роторные снегоочистители или плужно-роторные со специальными рыхлителями.

Устройство шнеко-роторного снегоочистителя показано на рис. 232. Рабочее оборудование крепится к шасси автомобиля посредством толкающей рамы.

Рис. 231. Схемы рабочих органов роторных снегоочистителей: а — шнеко-роторный; б — фрезерно-роторный; в — плужно-роторный
Условные обозначения: 1 — шнеки; 2 — направляющая труба; .3 — ротор; 4 — ленточная фреза; 5 — плуг; б — рыхлитель

При этом обычно используются трехосные автомобили повышенной проходимости. Рабочий орган, укрепленный в передней части автомобиля, состоит из трех шнеков и ротора, заключенных в общий корпус.

Шнеки изготовлены из стальных труб, к которым приварены витки с правым и левым направлением спирали, что обеспечивает подачу снега от краев очищаемой полосы к середине, где расположен ротор. Шнеки приводятся во вращение посредством цепной передачи.

Ротор диаметром 975 мм состоит из стальной ступицы с шестью кронштейнами, к которым прикреплены шесть лопастей. Он заключен во вращающийся кожух с направляющей трубой, имеющей форму улитки. Поворотом улитки достигается изменение направления полета снега вправо или влево от оси машины и угол вылета. Подъем и опускание рабочего органа и поворот улитки осуществляется гидравлическими цилиндрами. Ротор вращается со скоростью 425 об/мин. Привод рабочих органов и ходового оборудования осуществляется от двигателя мощностью 150 л. с, расположенного сзади кабины. Ширина полосы, очищаемой снегоочистителем, — 2,5 м; максимальная толщина снежного покрова — 1,2 м; дальность отброса снега — 24 м; производительность — 625 т/ч.

На шнеко-роторном снегоочистителе производительностью 1500 т/ч установлен самостоятельный двигатель мощностью 300 Л. с. для привода только рабочего оборудования.

Фрезерно-роторный снегоочиститель выпускается на базе трактора «Беларусь» и предназначен для работы в городских условиях. На таких снегоочистителях чаще применяются горизонтальные фрезы ленточного типа, однако в некоторых моделях устанавливаются две фрезы барабанного типа с вертикальными осями вращения.

Плужно-роторный снегоочиститель с разрыхляющим устройством выпускается нашей промышленностью на базе трактора мощностью 140 л. с. и предназначен для очистки от снега сильно заносимых участков дорог в равнинной и горной местностях.

Рис. 232. Шнеко-роторный снегоочиститель: а—вид сбоку; б — вид спереди

Снегоочиститель имеет два ротора, расположенных впереди трактора, с самостоятельными поворотными кожухами (улитками). Подача снега к роторам осуществляется плугом, на котором укреплены роторы. Разрыхляющее устройство используется для разрушения снежного козырька, образуемого в процессе работы снегоочистителя, когда высота снежного покрова превышает высоту рабочего органа, и для рыхления большой плотности снега. В трансмиссию трактора включен демультипликатор для получения требуемых рабочих скоростей. Минимальная рабочая скорость трактора получается 0,36 км/ч. Производительность снегоочистителя — 850 т/ч. На всех роторных снегоочистителях управление гидравлическое.

С практической стороны важнее всего момент, когда снег находится на конце лопасти. Чтобы попасть туда, снег затрачивает наибольшее время на перемещение и вместе с тем приобретает наибольшую скорость. По мере поворота ротора вторые слагаемые в правой части уравнений (IX.29) и (IX.30) все меньше сказываются на перемещении х и скорости vt и при угле поворота 90° величины их не превышают 5—6% величин первых слагаемых.

Производительность ротора принимается равной технической производительности снегоочистителя.

При нормальной работе снегоочистителя скорость вращения ротора и шнеков связана с поступательной скоростью машины. Из сопоставления производительности каждого агрегата можно установить, что поступательная скорость снегоочистителя при определенных геометрических размерах, определенной угловой скорости ротора и заданной плотности снега находится в гиперболической зависимости от сечения удаляемого снежного покрова. На глубоком и плотном снегу поступательная скорость снегоочистителя не превышает 0,4—0,5 км/ч. В реальных условиях работы редко бывают случаи, когда снежный покров на большой протяженности участка имеет одинаковую толщину и плотность, поэтому для обеспечения эффективности работы снегоочистителя в разнообразных условиях ходовая часть трансмиссии машины должна позволять плавно изменять рабочие скорости в значительном диапазоне. Это достигается применением турбомуфт.

При конструировании роторного снегоочистителя особое внимание должно уделяться распределению веса машины по ее осям. Крепление впереди снегоочистителя рабочего оборудования весом 2,0—2,5 т вызывает перегрузку передней оси, затрудняет управление машиной и ограничивает ее маневренность. Необходимо стремиться приблизить центр тяжести к центру машины и по возможности уменьшить вес рабочего оборудования. Чтобы исключить выглубление рабочего оборудования из снежного массива при работе на тяжелом снегу, в системе управления машиной следует предусмотреть гидравлические цилиндры двойного действия для подъема и опускания рабочей части, которые позволяют в случае надобности жестко соединить рабочее оборудование с машиной и тем самым передать часть веса машины на рабочее оборудование.

Не следует добиваться увеличения дальности отброса снега сверх той, которая требуется для условий, где будет работать снегоочиститель. Если снегоочиститель предназначается для очистки автомобильных дорог, дальность отброса ограничивается 25 м, при очистке аэродромов она может доходить до 50 м.

Скалыватели. Для удаления уплотненного снега или снежно-ледяного наката с асфальтобетонных и цементнобетонных дорожных покрытий применяются специальные ножи-скалыватели, которые могут совершать возвратно-поступательное движение или закрепляться наглухо. Скалыватели входят в комплект сменного рабочего оборудования снегоуборочных машин. Нашей промышленностью скалыватели из двух неподвижных ножей выпускаются к снегоуборочной машине на базе трактора «Беларусь». В передней части трактора укреплен одноотвальный плуг, в задней части — цилиндрическая щетка, а между передними и задними колесами под рамой трактора — ножи-скалыватели.

В гидроцилиндрах подъема и опускания ножей предусмотрено устройство, предохраняющее их от поломок при наезде машины на препятствия. Этим устройством регулируется также сила прижатия ножей к поверхности покрытия. Оно состоит из клапана, включенного в гидроцилиндр. Изменением натяжения пружины клапана регулируется давление масла в гидроцилиндре, а следовательно, давление ножа на поверхность скалываемого снега. В случае встречи ножа с препятствием возрастет давление масла в полости цилиндра за поршнем, клапан сожмет пружину и откроет проходное отверстие, через которое масло перетечет в другую полость и приподнимет поршень, а вместе с ним и нож-скалыватель.

Пескоразбрасыватели. Обледенение дороги резко снижает сцепление колес автомобиля с поверхностью дороги, в результате чего нарушаются устойчивость машины и безопасность движения. Если на сухом асфальтобетонном покрытии коэффициент сцепления колес автомобиля равен 0,6—0,7, то при обледенении он снижается до 0,06—0,08. Для борьбы с этим поверхность покрытия иногда посыпают хлористым натрием или хлористым кальцием. Однако эти вещества применяются редко, так как они содействуют коррозии рам и кузовов автомобилей. Наиболее распространенным и дешевым способом борьбы со скольжением является посыпка обледеневшего покрытия песком. Для россыпи песка используются пескоразбрасыватели (рис. 233).

Рис. 233. Принципиальная схема пескоразбрасывателя

Рабочее оборудование пескоразбрасывателя монтируется в задней части автомобиля и состоит из горизонтального металлического диска, вращающегося на вертикальной осн. На верхней рабочей поверхности диска приварены радиальные ребра. Бункер для песка, укрепленный на шасси автомобиля, имеет наклонные стенки, а на дне — отверстие, к которому примыкает лоток. Лоток, имеющий опору, совершает под действием эксцентрикового механизма возвратно-поступательное движение и проталкивает песок из бункера к диску. Вал эксцентрикового механизма приводится во вращение от вала диска посредством ременной передачи. Привод диска осуществляется от коробки отбора мощности автомобильного двигателя через конический редуктор. Диаметры дисков на разных машинах колеблются от 0,60 до 0,70 м, а число оборотов — от 300 до 600 об/мин.

Песок поступает на некотором расстоянии от центра диска и под действием центробежной силы продвигается вдоль ребер к наружной кромке, преодолевая при этом сопротивление трения о поверхность диска.

Изменение скорости россыпи материала достигается переключением рабочей скорости пескоразбрасывателя.