книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов с неусо­ вершенствованными и грунтовыми покрытиями в современных ус­ ловиях представляет собой одну из важнейших задач дорожноэксплуатациокной и аэродромо-технической служб.

Высокая запыленность воздуха резко снижает скорость дви­ жения автомобилей и пропускную способность дорог, вызывает износ поршневых двигателей, является причиной увеличения ава­ рийности на автомобильных дорогах и аэродромах.

На грунтовых дорогах, а также на дорогах с гравийными, щебеночными, шлаковыми и им подобными покрытиями из-за вы­ сокой запыленности воздуха и ухудшения видимости пропускная способность практически уменьшается в 2—5 раз. Особенно силь­ но снижается пропускная способность дорог на горных участках при узкой проезжей части и большой извилистости в плане. Из-за пыли, оседающей вдоль грунтовых дорог, в полосе шириной 100— 150 м, в 3—4 раза уменьшается урожайность посевов [6].

Необходимость в капитальном ремонте автомобилей при экс­ плуатации их на пыльных дорогах в песчаных районах возникает в 5—7 раз быстрее, чем в нормальных условиях. Срок службы гусеничных машин, работающих в условиях сильного запыления, может сокращаться в 4—5 раз [77].

. Обработка дорожных и аэродромных покрытий вяжущими ма­ териалами, гигроскопическими солями и другими обеспыливаю- \ршми веществами способствует значительному уменьшению изно­ са таких покрытий. Следовательно, обеспыливание может обеспе- ’ іить уменьшение затрат сил и средств, необходимых для воспол­ нения изнашиваемого материала на дорогах и аэродромах с по­

крытием из местных материалов малой прочности.

В районах распространения развеваемых песков большие мас­ сы песка, переносимые ветром, причиняют огромный ущерб экс­ плуатации дорог и требуют проведения трудоемких и дорогих защитных работ.

На аэродромах раздувание песка в непосредственной близо­ сти от взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек и мест стоя­ нок самолетов происходит от ветра и газовых струй реактивных двигателей, распространяющихся за пределы покрытий. Такие воздействия имеют локальный характер, но по своей интенсив­ ности могут значительно превышать природное воздействие ветра.

3-

В дорожном и аэродромном строительстве борьба с разрушен

нием поверхности развеваемых песков должна вестись в двух на­ правлениях:

закрепление широкой полосы, примыкающей к дорожному по­ лотну или к аэродромному покрытию, с целью создания зоны, с которой невозможен перенос, песка на покрытие и на которой может происходить задержание песка, приносимого ветром с бо­ лее далеких участков;

закрепление узких полос и отдельных частей аэродрома, под­ верженных воздействию реактивных струй, при условии снижения скорости этих струй до скорости штормового ветра.

В области изучения закономерностей пылеобразования и борьбы с запыленностью воздуха проведено много научных ис­ следований. Однако подавляющее большинство из них относится к выявлению влияния запыленности воздуха на износ машин и к разработке методов очистки воздуха, топлива и циркулирующего

ш двигателе масла от абразивных частиц. Имеется много работ и

иобласти борьбы с запыленностью воздуха в общем плане улуч­ шения гигиенических и санитарных условий труда на производ­

ственных предприятиях.

Специальных теоретических исследований по обеспыливанию автомобильных дорог и аэродромов весьма мало. Среди этих ис­ следований преобладают экспериментальные работы, направлен­ ные на выявление возможности и степени эффективности исполь­ зования отдельных видов химических веществ, главным образом отходов производства.

В постановке и проведении экспериментальных работ, кроме авторов, принимали участие К- П. Глинская, Л. К- Пуцейко,

С.А. Козлов, А. В. Левченко, Т. А. Юсова, X. М. Ямин.

Книгу написали: предисловие—проф., д-р техи. наук М. Н. Пер­

■наук, проф. В. М. Безруку за рецензирование рукописи и сделан­ ные им ценные замечания.

Отзывы и пожелания о книге просьба направлять в адрес из­ дательства «Транспорт»: Москва, Б-174, Басманный тупик, 6а.

4

Глава 1

ЗНАЧЕНИЕ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ИАЭРОДРОМОВ

§1. ВЛИЯНИЕ ПЫЛИ НА ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ, ОРГАНИЗАЦИЮ ДВИЖЕНИЯ

ИТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ

Внастоящее время в СССР из общего количества автомобиль­ ных дорог с щебеночными, гравийными, грунтовыми и им подоб­ ными покрытиями, характеризующимися большой пыльностью в сухое время года, приходится свыше I млн. км, т. е. около 85%

[95].Таким образом, в современных условиях движение автомо­

билей по пыльным дорогам следует рассматривать как весьма распространенный, а в ряде случаев единственно возможный ва­ риант организации автомобильных перевозок. В связи с этим проанализируем, в какой степени запыленность воздуха может влиять на пропускную способность автомобильных дорог, органи­ зацию движения и состояние машин.

Практика вождения автомобилей по пыльным дорогам свиде­ тельствует о том, что водители во всех возможных случаях уве­ личивают дистанции между автомобилями, чтобы находиться за пределами пылевого облака и без помех наблюдать за дорогой. Поэтому движение по пыльным дорогам можно представить как "оплошное при увеличенных дистанциях между автомобилями или как «колонное» из стихийно образующихся автомобилей.

Воспользуемся упрощенной динамической моделью движения автомобильного потока, согласно которой теоретическая пропуск­ ная способность одной полосы дороги (при отсутствии помех or пыли) [9] I

где V— скорость движения автомобилей, км/ч; L0— дистанция между автомобилями, м.

5

в первом приближении представляет собой степень снижения про­ пускной способности одной полосы дороги при наличии на ней пыли и при условии, что скорость движения по пыльной дороге не изменяется.

умеренном ветре длина облака увеличивается в 1,5—2 раза. Ис­ пользуя эти данные, из выражения (1.4) получаем количественные показатели относительного снижения пропускной способности до­

Как видно из табл. 1, даже при относительно небольшой длине пылевого облака (25—50 м) теоретическая пропускная способ­ ность одной полосы дороги снижается в 1,5—3 раза. С увеличе­ нием длины пылевого облака до 250 м, что характерно для пус­ тынно-степных районов, она может снижаться в 6—10 раз.

6

Рассмотренные примеры относятся к типичным случаям орга­ низации автомобильного движения. Они свидетельствуют об ис­ ключительно большом влиянии пыльности дорог на их пропуск­ ную способность, что часто не учитывается при расчетах автопе­ ревозок и эксплуатационной оценке дорог.

Вместе с тем необходимо отметить, что показатели снижения пропускной способности дорог, приведенные в табл. 1, являются лишь ориентировочными. В ряде случаев автомобили могут сле­ довать один за другим на сближенных дистанциях непосредствен­ но в пыльном облаке. Однако такое движение возможно лишь на небольших скоростях, что неизбежно вызовет значительное снижение пропускной способности дороги, а главное, будет сопро­ вождаться массовыми авариями и дорожно-транспортными проис­ шествиями.

Особенно сложны условия движения ночью. Наблюдения по­ казывают, что дальность видимости в темное время суток ограни­ чивается дальностью прохождения света фар в пылевом облаке. Резкая контрастность между яркостью облака и фоном затруд­ няет наблюдение за дорогой, а периодическое изменение яркости пылевого облака (из-за изменения концентрации пыли в воздухе) приводит к быстрой утомляемости водителя.

/При большой запыленности воздуха не только усложняется организация движения, но и создаются тяжелые условия для экс­ плуатации автомобилей. Опыт эксплуатации показывает, что в условиях запыленности воздуха нарушается нормальная работа механизмов автомобилей. Так, одной из причин перегрева двига­ телей и заклинивания поршней в цилиндрах является наружное загрязнение радиаторов пылью. Из-за пыли возникают отказы си­ стем питания, электрооборудования и смазки.

Твердость частиц кварца, составляющих основу минеральной части пылевого облака, достигает 1100—1200 кг/мм2 (6—7 единиц по Моосу), т. е. она превышает твердость многих сталей, приме­ няемых в машиностроении [77]. Поэтому пыль вызывает повышен­ ный износ всех трущихся деталей машин, загрязняет топливо и смазочные масла, вместе с которыми попадает в ответственные узлы двигателей и трансмиссий. Опыт показывает, что среди фак­ торов, вызывающих повышенный износ двигателя и в первую оче­ редь цилиндров и поршневых колец (качество топлива и масла, условия пуска двигателей, тепловой режим его работы, качество обслуживания и др.), наибольшее влияниеоказывает запылен­ ность воздуха [53, 77]. В результате абразивного износа деталей срок службы двигателей значительно сокращается. Так, двига­ тель автомобиля, эксплуатирующегося в песчаных, засушливых районах, нуждается в капитальном ремонте после пробега 15 тыс. км, тогда как при эксплуатации в нормальных условиях такой ремонт производится через 100 тыс. км.

При высокой концентрации пыли в воздухе (> 1 0 мг/м3) про­ должительность работы двигателя сокращается примерно в 10 раз.

7

Ускоренный износ деталей двигателя вызывает почти двухкратное увеличение расхода масла [53, 77].

Все это свидетельствует о том, что при работе автомобилей в условиях запыления воздуха межремонтные сроки существенно сокращаются, а затраты на ремонт и расход топливо-смазочных материалов резко увеличиваются.

§2. ВЛИЯНИЕ ПЫЛИ НА ВЗЛЕТ И ПОСАДКУ САМОЛЕТОВ

ИИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Пыль на грунтовых аэродромах препятствует нормальной ра­ боте авиации: уменьшает обзорность летчика при посадке и взле­ те, затрудняет точность приземления самолета, снижает надеж­ ность работы двигателей, ухудшает гигиенические условия работы обслуживающего персонала и бытовые условия жителей населен­ ных пунктов, прилегающих к аэродрому.

В ряде случаев толщина пылевой подушки на аэродромах мо­ жет достигать 20—30 см [60], а пыль, поднятая в воздух на вы­ соту 30—50 м, может держаться до 10—15 ч, препятствуя само­ летам производить нормальную посадку и взлет. Особенно боль­ шой вред пыль наносит материальной части. В литературе описано много фактов выхода из строя самолетов, эксплуатиро­ вавшихся на пыльных аэродромах, вследствие преждевременного износа двигателей.

Так, на аэродроме Бенгази, занятом англичанами в 1941 г., было обнаружено большое количество итальянских самолетов с моторами, засоренными пылью, и по этой причине не способных взлететь при отступлении [60].

Кроме засорения пыль проявляет абразивное действие на пор­ шневую группу двигателей. Замечено, что чем тоньше пыль, тем больше ее абразивность. В результате изнашивания основных трущихся деталей двигателей происходит резкое снижение их мо­ торесурса. Так, износ поршневых двигателей даже при работе с фильтрами происходил в 3—4 раза быстрее, чем в нормальных условиях, а на одном из аэродромов Средней Азии моторы меня­ лись через 20—іЗО ч вместо 180—200 ч по норме. Попадая через дренажные отверстия в топливную и гидравлическую системы, пыль вызывает отказы в командных системах. Ю. Карпичев [45] сообщает, что засорение дроссельных пакетов гидрозамедлителей вертолетов МИ-іб приводит к заеданию командных золотников на­ соса-регулятора НР-23 и зависанию оборотов компрессора. Не­ редко, попадая через всасывающий канал трубки забора воздуха из диффузора, пыль оседает на сетке фильтра автомата и пуска и затрудняет пуск двигателя.

Реактивные самолеты предъявляют еще более высокие требо*- вания к эксплуатационному содержанию грунтовых аэродромов. Воздухозаборники реактивных двигателей некоторых самолетов опущены настолько низко к поверхности земли (на высоту 1,3—

8

1,5 лг), что при взлете и рулении в них засасывается пыль не только из воздуха, но и с поверхности грунтовых покрытии. При этом вместе с пылью в воздухозаборники может засасываться пе­ сок и более крупные частицы (диаметром до 50 мм).

Частицы пыли, попадающие через воздухозаборники, при ра­ боте двигателей как на режиме малого газа, так и максимальном режиме вызывают значительные повреждения выходных кромок рабочих лопаток первой и второй ступеней компрессора. По дан­ ным Б. Варданяна и В. Бибикова (45] забоины на лопатках пер­ вой ступени компрессора от пыли фракции до 0,5 мм достигают 0,3 мм, а на лопатках второй ступени — 0,1—0,2 мм. Забоины,, являясь концентраторами напряжений, значительно снижают ус­ талостную прочность лопаток, вследствие чего двигатель в опре­ деленных условиях выходит в срывной режим, т. е. становится неуправляемым.

Образуемое пылевое облако на грунтовых аэродромах, особен­ но в безветренную погоду, резко снижает их пропускную способ­ ность и маскирует (закрывает) летную полосу от летчика, совер­ шающего посадку и приземление самолета. Из-за наличия пыле­ вого облака на пыльных аэродромах приходится увеличивать ди­ станции между рулящими самолетами и интервалы времени меж­ ду последующиімін .взлетами и посадками (16]. Последнее приво­ дит .к уменьшению общего полетного віремѳии самолетов и к не­ рациональному расходу топлива. Так, задержка с посадкой при­ бывшего на аэродром одного самолета АН-10 на 10 мин ведет к перерасходу 0,5 ттоплива.

§ 3. ОБЕСПЫЛИВАНИЕ КАК МЕРОПРИЯТИЕ ПО БОРЬБЕ С УСИЛЕННЫМ ИЗНОСОМ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИИ

Эксплуатация автомобильных дорог и полевых аэродромов в летнее время сопровождается усиленным износом покрытия. Из­ вестно, например, что при интенсивном автомобильном движении на восполнение износа гравийных покрытий требуется в среднем около 10 м3 гравийного материала на 1 км дороги на каждые 2500 проходящих автомобилей [22].

Обобщенные данные К. А. Лебедева об износе дорожных по­ крытий из местных материалов малой прочности приведены в табл. 2.

Исчерпывающих сведений о том, насколько уменьшается износ покрытий при их обработке вяжущими и гигроскопическими ма­ териалами, пока нет. Однако литературные источники и экспери­ ментальные данные свидетельствуют, что использование таких веществ обеспечивает резкое уменьшение износа покрытий из ма­ териалов малой прочности. Так, например, С. И. Гельфанд и М. А. Зелейщиков [121], анализируя опыт обеспыливания гравий­ ных и щебеночных покрытий маловязкими сланцевыми битумами, отмечают, что такая обработка на ряде участков (где была по­ верхностная пыль) почти полностью предотвращала износ покры-

5