CN113216065A - 一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置及方法，属于极地机场建设的技术领域，其包括机动车、设在机动车上的水箱、设在机动车上的机械臂、固定在机械臂上的喷洒台以及若干个设在喷洒台上的喷头；所述水箱与喷头之间设有水泵和连接管路，所述水泵用于将水箱内的水通过连接管路送入喷头中；所述水箱上还设有防冻机构，所述防冻机构用于防止水箱内的水出现结冰的现象。通过使用喷头向雪层中喷洒定量的水、再对初步融化的雪层压实的方式，改变雪层中的雪晶体形状和分布，增大雪层的密度，缩小相邻雪晶体之间的缝隙，提高雪层的强度和硬度。
Description
技术领域
本申请涉及极地机场建设的领域，尤其是涉及一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置及方法。
背景技术
南极是地球上最偏远的疆域，南极的变化和影响对人类未来发展有着极为重要的战略意义，因此南极的科研考察是我国在科技发展领域较为重要的一部分。
目前我国已经在南极建有自己独立的科学考察站，对于科学考察站的物资投送是较为重要的，但由于南极是世界上最难到达的地区之一，进出南极的交通只能通过破冰船的海运和飞机的航空运输这两种方式。
而航空运输必不可少的条件就是机场跑道，机场跑道是各种大型运输机起飞和降落的基础设施。现有的极地跑道主要为砂石跑道、建海冰跑道、蓝冰跑道、雪橇跑道和压实雪层跑道，其中压实雪层跑道是采用换雪回填、强夯碾压致密等技术方法形成压实雪层，加固改良成刚性雪面，提升承载力和道面强度，满足包括大型轮式飞机在内的各类飞机起降要求，并且压实雪层跑道的建设具有不受地域位置限制的优点。因此，如何能够在极地环境中将松软的雪层处理为强度较高的雪道是目前急需解决的。
发明内容
为了实现对雪层的硬化处理，提高雪层的强度，本申请提供一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置及方法。
第一方面，本申请提供的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其采用如下的技术方案：
一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，包括机动车、设在机动车上的水箱、设在机动车上的机械臂、固定在机械臂上的喷洒台以及若干个设在喷洒台上的喷头；所述水箱与喷头之间设有水泵和连接管路，所述水泵用于将水箱内的水通过连接管路送入喷头中；所述水箱上还设有防冻机构，所述防冻机构用于防止水箱内的水出现结冰的现象。
通过采用上述技术方案，对雪层进行处理工作时，使用机械臂将喷洒台移动至机动车一侧，然后启动水泵，使用水泵将水箱内的水抽出，并经过连接管路将水送入所有的喷头中，由喷头将水喷洒在雪层上；在喷洒水的过程中，防冻机构可以使水箱内的水不因南极的低温天气而结冰，保证水能够有效的流入喷头中，提高运作的稳定性；当雪层遇到水后会产生融化的现象，使雪晶体中较小的分支被融化，只留下粒度较大的雪晶体，然后再使用压路机对初步融化的雪层进行碾压，从而将松散的雪层压实为密度较大的雪层，从而实现对雪层的硬化处理，提高雪层的硬度。
可选的，所述防冻机构包括转动连接在箱体内部的搅拌轴、若干个固设在搅拌轴上的搅拌桨、驱动搅拌轴转动的驱动件，所述搅拌轴和搅拌桨均伸入箱体内的水中。
通过采用上述技术方案，在暖雪处理过程中，由驱动件带动轴转动，使搅拌桨不断的搅动水箱内的水，使水箱内的水保持流动的状态，水流动时会产生部分热量，并且水分子也持续处于移动的状态，从而使水箱内的水不会出现结冰的现象。
可选的，所述防冻机构包括固设在水箱上的出水管道、设在水箱上的回水管道以及设在出水管道和回水管道之间的循环泵，所述出水管道与回水管道均与水箱内部连通，所述循环泵用于将水箱内的水从出水管道抽出后送入回水管道中。
通过采用上述技术方案，启动循环泵后，循环泵将水箱内的水经过出水管道抽出后送入回水管道内，并经过回水管道重新送入水箱中，从而使水箱内的水不断的在送水管道和出水管道和水箱内循环流动，以此实现放置水结冰的功能。
可选的，所述出水管道和回水管道分别位于水箱相对的两侧。
通过采用上述技术方案，使水在水箱内由回水管道向出水管道一侧流动，增大水的流动幅度，进一步提高水的防冻效果。
可选的，所述防冻机构包括固设在机动车上的保温箱、设在保温箱内的电热网、用于向电热网提供电源的加热蓄电池；所述水箱置于保温箱内侧，所述电热网包覆在水箱的外侧壁上。
通过采用上述技术方案，由加热蓄电池为电热网提供电源，使电热网发热，电热网发出的热量会透过水箱传递到水中，提高水的温度，从而起到水的防冻效果，同时保温箱可以阻止热量向外界环境中的散发，减少能源的浪费。
可选的，所述机动车上还固设有承载台，所述承载台上固设有多个支撑柱，所述喷洒台位于承载台上方，所述支撑柱的顶端通过喷头之间的缝隙抵接在喷洒台底面。
通过采用上述技术方案，在不进行喷洒工作时，喷洒台和喷头的整体重力有支撑柱传递给承载台，以减小机械臂在自由状态下的负载，同时支撑柱为喷洒台的位置起到限位功能，在放置喷洒台时，喷头不会直接与承载台接触，有效的对喷头起到保护效果。
可选的，所述承载台上设有用于向喷洒台加热的预热机构。
通过采用上述技术方案，在使用喷头喷水之前，先使用预热机构对喷头加热，使喷头温度升高，这样在喷洒过程中不易出现水冻结在喷头内的现象，同时也能够将喷头内残留水所冻结的冰进行融化，保证喷头的正常工作。
可选的，所述预热机构包括固设在承载台下方的预热箱、铺设在预热箱内的预热电热丝、用于向预热电热丝供电的预热蓄电池；所述电热丝均布在承载台下方，所述支撑柱呈内部中空状，所述电热丝延伸至支撑柱内侧。
通过采用上述技术方案，将预热蓄电池和预热电热丝连接后，预热电热丝会自行发热，热量会透过承载台向上传递到喷头中，同时位于支撑柱内部的电热丝会将热量散发到支撑柱周围的喷头中，以此扩大所有喷头的受热面积，预热效果较好。
另一方面，本申请还提供的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪方法，其采用如下的技术方案：
S1、将机动车开动至所需暖雪处一侧，并启动预热机构对喷头进行预热，预热一段时间后，调整机械臂，使喷洒台处于雪层上方；
S2、立即启动水泵，向雪层中喷水，并缓慢匀速移动机动车，并在喷水过程中，保持防冻机构的开启状态；
S3、机动车移动一段距离后，使用压路机对喷水初步融化后的雪层进行碾压，并使压路机与喷洒台保持距离；
S4、在整条雪道喷洒水和碾压施工完成后，对压实后的雪道进行硬度进行质量检测。
通过采用上述技术方案，先向雪层中喷洒一定量的水后，水的温度较高，使水的热量传递到雪层中，而雪层受热后会初步融化，使雪层中的雪晶体四周的细小分支融化，只留下颗粒较大的雪晶体，然后压路机将这些大颗粒的雪晶体压实之后，雪层中的雪晶体之间空隙变小，密度增大，同时结合南极自然环境的低温调节，压实后的雪层又会和部分水冻结在一起，以此提高了雪层的硬度和强度，实现对雪层的硬化处理功能。
可选的，暖雪施工完成后，停止防冻机构的运作，将水箱内的水全部排出。
通过采用上述技术方案，在防冻机构停止运作时，水箱内的水容易出现冻结的现象，因将水全部排出后可以避免水在水箱内冻结，不易冻坏水箱，提高使用寿命。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过先向雪层中喷洒定量的水、再对初步融化的雪层压实的方式，改变雪层中的雪晶体形状和分布，增大雪层的密度，缩小相邻雪晶体之间的缝隙，提高雪层的强度和硬度；
2.喷水过程中利用防冻机构保证水箱中的水不会出现冻结的现象，有效提高了暖雪装置运行过程中的稳定性，能够适用于南极的低温天气中；
3.在使用喷头喷水之前，采用预热机构对喷头进行预热，既能提高喷头的温度，又能将喷头内的残留水冻成的冰块融化，保证水从喷头中喷出的顺畅性。
附图说明
图1是表示本申请实施例1中暖雪装置的结构示意图。
图2是表示机械臂将喷洒台移动至机动车一侧后的结构示意图。
图3是表示保温箱内结构的局部剖视图。
图4是表示承载台和预热机构位置的局部剖视图。
图5是表示本申请实施例2中防冻机构的局部剖视图。
图6是表示本申请实施例3中防冻机构的局部剖视图。
附图标记说明：1、机动车；2、水箱；21、进水管道；22、排水管道；23、阀门；3、机械臂；4、喷洒台；5、喷头；51、连接管路；52、水泵；6、防冻机构；61、保温箱；62、电热网；63、加热蓄电池；64、搅拌轴；65、搅拌桨；66、驱动件；661、电机；662、驱动蓄电池；67、出水管道；68、回水管道；69、循环泵；7、承载台；71、支撑柱；8、预热机构；81、预热箱；82、电热丝；83、预热蓄电池。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置
实施例1
参照图1，暖雪装置包括机动车1、水箱2、机械臂3、喷洒台4和若干个喷头5。机动车1采用履带式运输车，水箱2和机械臂3均固定安装在机动车1的车身上；水箱2呈内部中空的箱体结构，水箱2的底端与机动车1的车身固定连接，水箱2沿水平方向的一个侧壁上固设且连通有进水管道21和排水管道22，进水管道21位于水箱2顶部，排水管道22位于水箱2底部，且进水管道21和排水管道22上均安装有阀门23。
参照图1，机械臂3位于水箱2的一侧；喷洒台4固定连接在机械臂3上，使机械臂3可以带动喷洒台4在机动车1上移动；所有的喷头5均安装在喷洒台4上，且喷头5均布在喷洒台4上；所有的喷头5与水箱2之间设有连接管路51，连接管路51将水箱2与所有的喷头5连通，连接管路51靠近水箱2的一端安装有水泵52，水泵52用于将水抽出后送入喷头5中喷出。
参照图2，对雪层进行处理工作时，使用机械臂3将喷洒台4移动至机动车1的一侧，然后启动水泵52，使用水泵52将水箱2内的水抽出，并经过连接管路51将水送入所有的喷头5中，由喷头5将水喷洒在雪层上；当雪层遇到水后会产生融化的现象，使雪晶体中较小的分支被融化，只留下粒度较大的雪晶体，然后再使用压路机对初步融化的雪层进行碾压，从而将松散的雪层压实为密度较大的雪层，从而实现对雪层的硬化处理，提高雪层的硬度。
并且，参照图1和图3，在水箱2上还设有防冻机构6，防冻机构6用于放置水箱2内的水不因南极的低温天气而结冰，保证水能够有效的流入喷头5中，提高暖雪装置运作时的稳定性。
参照图3，防冻机构6包括保温箱61、电热网62和加热蓄电池63；保温箱61固定连接在机动车1的车身上，保温箱61采用气凝胶材料制成，且水箱2被罩设在保温箱61内部，电热网62均布在保温箱61内部，且电热网62包覆在水箱2的外侧壁上。
在使用防冻机构6时，利用加热蓄电池63为电热网62提供电源，使电热网62发热，电热网62发出的热量透过水箱2侧壁传递到其内部的水中，令水的温度升高，使水的温度保持在零度以上，从而起到水的防冻效果；并且，气凝胶制成的保温箱61具有良好的隔热保温效果，使保温箱61可以阻止热量向外界环境中的散发，减少能源的浪费。
同理，在连接管路51上也包覆一层气凝胶，也可以对连接管路51内部的水起到防冻效果，使水不易冻结在连接管路内。
参照图1和图4，机动车1上还固设有承载台7，承载台7呈水平设置的长方形板，承载台7的顶面固设有多个支撑柱71，支撑柱71均布在承载台7上。喷洒台4位于承载台7上方，支撑柱71的顶端通过喷头5之间的缝隙抵接在喷洒台4底面上。
在不进行喷洒工作时，喷洒台4和喷头5的整体重力有支撑柱71传递给承载台7，以减小机械臂3在自由状态下的负载，同时支撑柱71为喷洒台4的位置起到限位功能，在放置喷洒台4时，喷头5不会直接与承载台7接触，有效的对喷头5起到保护效果。
在每一次喷头5喷洒完水之后，喷头5内会残留部分水，残留水容易在喷头内冻结，导致喷头5喷孔堵塞，影响喷头5的下次使用，因此，承载台7上设有用于向喷洒台4加热的预热机构8。在使用喷头5喷水之前，先使用预热机构8对喷头5加热，使喷头5温度升高，这样在喷洒过程中不易出现水冻结在喷头5内的现象，同时也能够将喷头5内残留水所冻结的冰进行融化，保证喷头5的正常工作。
参照图4，预热机构8包括预热箱81、电热丝82和预热蓄电池83，预热箱81呈内部中空的壳体机构，且预热箱81的顶部呈开口状，预热箱81固设在承载台7的下方，使承载台7将预热箱81的开口封闭，支撑柱71也呈内部中空状结构，且支撑柱与预热箱内部连通；电热丝82均布在承载台7下方，其部分电热丝82延伸在支撑柱71内部；预热蓄电池83安装在预热箱81内部，且预热蓄电池83和预热电热丝82电连接。
将预热蓄电池83和预热电热丝82连接后，预热电热丝82会自行发热，热量会透过承载台7向上传递到喷头5中，实现对喷头5的预热效果；同时位于支撑柱71内部的电热丝82会将热量散发到支撑柱71周围的喷头5中，以此扩大所有喷头5的受热面积，预热效果较好。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，防冻机构6的防冻原理不同。
参照图5，本实施例中，防冻机构6包括搅拌轴64、搅拌桨65和驱动件66；搅拌轴64沿竖直方向设置，且搅拌轴64位于水箱2内部，搅拌轴64的顶端贯穿水箱与其转动连接；搅拌桨65的数量为多个，搅拌桨65均布在搅拌轴64的圆周面上；驱动件66与搅拌轴64位于水箱2外侧的一端连接，用于带动搅拌轴64转动。
在暖雪处理过程中，由驱动件66带动轴转动，使搅拌桨65不断的搅动水箱2内的水，使水箱2内的水保持流动的状态，水流动时会产生部分热量，并且水分子也持续处于移动的状态，从而使水箱2内的水不会出现结冰的现象。
本实施例中，驱动件66包括电机661和驱动蓄电池662，电机661固定安装在水箱2的外侧壁上，且电机661的输出轴与搅拌轴64固定连接；驱动蓄电池662也固定安装在水箱2的外侧壁上，且驱动蓄电池662与电机661电连接。通过蓄电池662为电机661提供电源，实现电机661驱动搅拌轴64转动的功能。
其相比与实施例1中采用对水箱2加热的方式，驱动搅拌轴64和搅拌桨65搅动水流动时所需的能耗要更低，结构也更加简单，降低了造价成本的同时，还降低了防冻机构6运作过程中所需的能耗，达到了节能环保的效果。
实施例3
本实施例与实施例2的不同之处在于，防冻机构6的结构不同。
参照图6，防冻机构6包括出水管道67、回水管道68和循环泵69，出水管道67和回水管道68均沿水平方向设置，出水管道67和回水管道68分别固定连接在水箱2相对的两侧，且出水管道67与回水管道68均与水箱2内部连通，循环泵69连接在出水管道67和回水管道68之间，循环泵69用于将水箱2内的水从出水管道67抽出后送入回水管道68中。
启动循环泵69后，循环泵69将水箱2内的水经过出水管道67抽出后送入回水管道68内，并经过回水管道68重新送入水箱2中，从而使水箱2内的水不断的在送水管道和出水管道67和水箱2内循环流动，以此实现放置水结冰的功能。
本实施例相比于实施例2中搅动水的方式令水流动，水在出水管道67和回水管道68中的流动距离较长，也相应的使水在水箱2内的运动幅度较大，防冻效果更好，但是其能耗要高于实施例2中的能耗。
本申请实施例还公开一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪方法，其施工步骤为：
S1、准备工作
对所需处理的雪层进行标记，并测量雪层的深度，计算需要向雪层内喷洒水的量；然后将机动车1开动至所需处理的雪层一侧，注意机动车1移动时不能对要处理的雪层碾压；向水箱2内注水，同时启动预热机构8对喷头5进行预热，预热25-30min后停止预热机构8，启动机械臂3，将喷洒台4移动至要处理的雪层上方。
S2、暖雪
同时启动水泵52和防冻机构6，使喷头5向雪层中喷水，根据步骤S1中计算的喷水量，使机动车1匀速缓慢运动；喷洒过程中，防冻机构6保持运转，保证水箱2内的水不会因低温天气出现冻结。
向雪层中喷洒一定量的水后，水的温度较高，使水的热量传递到雪层中，而雪层受热后会初步融化，使雪层中的雪晶体四周的细小分支融化，只留下颗粒较大的雪晶体。
S3、碾压
当机动车1喷洒10-12米之后，使用压路机对喷洒过的雪层进行碾压，压路机的运行速度与机动车1的运行速度一致，使压路机与暖雪装置保持一定距离。
压路机将雪层融化后留下的大颗粒的雪晶体压实，雪层中相邻的雪晶体之间空隙变小，密度增大，同时结合南极自然环境的低温调节，压实后的雪层又会和部分水冻结在一起，以此提高了雪层的硬度和强度，实现对雪层的硬化处理功能。
S4、检验
对雪层全部碾压完成后，随即对雪层的不同部位取出芯样，并对芯样进行强度和硬度的质量检测。
并且，在暖雪施工完成后，停止防冻机构6的运作，将水箱2内的水全部排出，可以避免水在水箱2内冻结，不易冻坏水箱2，提高使用寿命。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：包括机动车(1)、设在机动车(1)上的水箱(2)、设在机动车(1)上的机械臂(3)、固定在机械臂(3)上的喷洒台(4)以及若干个设在喷洒台(4)上的喷头(5)；所述水箱(2)与喷头(5)之间设有水泵(52)和连接管路(51)，所述水泵(52)用于将水箱(2)内的水通过连接管路(51)送入喷头(5)中；所述水箱(2)上还设有防冻机构(6)，所述防冻机构(6)用于防止水箱(2)内的水出现结冰的现象。
2.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述防冻机构(6)包括转动连接在箱体内部的搅拌轴(64)、若干个固设在搅拌轴(64)上的搅拌桨(65)、驱动搅拌轴(64)转动的驱动件(66)，所述搅拌轴(64)和搅拌桨(65)均伸入箱体内的水中。
3.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述防冻机构(6)包括固设在水箱(2)上的出水管道(67)、设在水箱(2)上的回水管道(68)以及设在出水管道(67)和回水管道(68)之间的循环泵(69)，所述出水管道(67)与回水管道(68)均与水箱(2)内部连通，所述循环泵(69)用于将水箱(2)内的水从出水管道(67)抽出后送入回水管道(68)中。
4.根据权利要求3所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述出水管道(67)和回水管道(68)分别位于水箱(2)相对的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述防冻机构(6)包括固设在机动车(1)上的保温箱(61)、设在保温箱(61)内的电热网(62)、用于向电热网(62)提供电源的加热蓄电池(63)；所述水箱(2)置于保温箱(61)内侧，所述电热网(62)包覆在水箱(2)的外侧壁上。
6.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述机动车(1)上还固设有承载台(7)，所述承载台(7)上固设有多个支撑柱(71)，所述喷洒台(4)位于承载台(7)上方，所述支撑柱(71)的顶端通过喷头(5)之间的缝隙抵接在喷洒台(4)底面。
7.根据权利要求6所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述承载台(7)上设有用于向喷洒台(4)加热的预热机构(8)。
8.根据权利要求7所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪装置，其特征在于：所述预热机构(8)包括固设在承载台(7)下方的预热箱(81)、铺设在预热箱(81)内的预热电热丝(82)、用于向预热电热丝(82)供电的预热蓄电池(83)；所述电热丝(82)均布在承载台(7)下方，所述支撑柱(71)呈内部中空状，所述电热丝(82)延伸至支撑柱(71)内侧。
9.一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪方法，其特征在于，暖雪步骤如下：
S1、将机动车(1)开动至所需暖雪处一侧，并启动预热机构(8)对喷头(5)进行预热，预热一段时间后，调整机械臂(3)，使喷洒台(4)处于雪层上方；
S2、立即启动水泵(52)，向雪层中喷水，并缓慢匀速移动机动车(1)，并在喷水过程中，保持防冻机构(6)的开启状态；
S3、机动车(1)移动一段距离后，使用压路机对喷水初步融化后的雪层进行碾压，并使压路机与喷洒台(4)保持距离；
S4、在整条雪道喷洒水和碾压施工完成后，对压实后的雪道进行硬度进行质量检测。
10.根据权利要求9所述的一种用于极地冰雪机场建设的人工暖雪方法，其特征在于：暖雪施工完成后，停止防冻机构(6)的运作，将水箱(2)内的水全部排出。
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