PL217271B1 - Sposób rozsypywania materiału uszorstniającego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób rozsypywania materiału uszorstniającego (soli drogowej) wymieszanego z cieczą (solanką) z wykorzystaniem obrotowego talerza rozsypującego, na który dostarczane są ciecz i materiał uszorstniający i z którego są one rozpraszane wirowo. Zgodnie z wynalazkiem, stosunek ilości cieczy do ilości materiału uszorstniającego jest dostosowywany w zależności od jednego lub kilku parametrów wpływających na jednorodność rozsypywania materiału uszorstniającego, w szczególności w zależności od ilości rozsypanego materiału uszorstniającego (Q) przypadającej na jednostkę czasu i/lub szerokości rozsypywania (b lub nr) i/lub stopnia zgranulowania materiału uszorstniającego.

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu rozsypywania materiału uszorstniającego wymieszanego z cieczą z wykorzystaniem obrotowego talerza rozsypującego do utworzenia dywanu materiału uszorstniającego o możliwie jak najbardziej jednorodnym rozkładzie materiału uszorstniającego. Rozwiązanie znajduje zastosowanie w szczególności przy rozsypywania soli drogowej w celu zapewnienia przejezdności dróg w okresie zimowym, ale może być wykorzystywane również przy rozsypywaniu innych materiałów uszorstniających, które dla potrzeb rozsypywania zostały wymieszane z cieczą.

Sól drogowa i solanka są zwykle dostarczane na talerz rozsypujący w stosunku wagowym 70% do 30% i są wyrzucane z talerza rozsypującego na skutek działającej na nie siły odśrodkowej. Jeżeli talerz rozsypujący nie jest przemieszczany do przodu, skutkuje to rozsypywaniem materiału uszorstniającego w kształt półksiężyca (DE 40 39 795 C1, fig. 4; DE 100 43 463 A1). Dzięki przemieszczaniu do przodu urządzenia rozsypującego, które jest zwykle zamontowane w przestrzeni ładunkowej pojazdu przeznaczonego do zapewniania przejezdności dróg w okresie zimowym uzyskiwany jest tak zwany „dywan materiału uszorstniającego”. Szczególnie użyteczna jest konstrukcja urządzenia rozsypującego ujawniona w DE 100 43 463 A1.

Jako solankę można wykorzystywać około 20%-owe roztwory NaCI, jak również roztwory CaCl2 lub MgCl2. Główną rolą solanki jest nawilżenie soli. Zakłada się, że w przypadku wykorzystywania nawilżonej soli efekt rozmrażania uzyskiwany jest szybciej. Wykorzystanie roztworów CaCl2 umożliwia ponadto obniżenie temperatury rosy soli drogowej o kilka stopni Celsjusza, do temperatury poniżej -15°C. Teoretycznie całkowicie wystarczające w tym celu jest nawilżanie z wykorzystaniem 3% solanki. Jednak ponieważ czas upływający pomiędzy mieszaniem solanki z solą a rozsypaniem mieszaniny solanki z solą przez talerz rozsypujący jest zbyt krótki na wymieszanie soli z użyciem jedynie 3% solanki w takim stopniu, aby cała sól została dokładnie nawilżona, zwykle wykorzystywane są proporcje składników mieszaniny wynoszące 30 procent wagowych solanki na 70 procent wagowych soli. Związane jest to z rozcieńczeniem soli spowodowanym dodaniem solanki, a w konsekwencji zmniejszeniem ogólnej skuteczności działania rozsypywanego materiału uszorstniającego.

Kolejny pozytywny efekt nawilżania soli drogowej ma zasadnicze znaczenie dla rozsypywania prewencyjnego, tj. rozsypywania soli drogowej na suchą nawierzchnię drogi. Przyczepność wilgotnego materiału uszorstniającego do suchej nawierzchni drogi jest znacznie większa niż przyczepność suchego materiału uszorstniającego, ziarna soli rozsypywane na nawierzchnię drogi nie odbijają się bowiem tak bardzo, dzięki czemu rozsypywanie przebiega w bardziej kontrolowany sposób.

Ogólnie, celem rozsypywania materiału uszorstniającego jest utworzenie możliwie jak najbardziej jednorodnego dywanu materiału uszorstniającego, tj. dywanu materiału uszorstniającego korzystnie posiadającego stałą gęstość rozsypywania SD na całej szerokości rozsypywania b.

Na rozprowadzanie materiału uszorstniającego mają wpływ liczne uwarunkowania. W rezultacie do chwili obecnej powstało wiele sugerowanych rozwiązań zapewniających pozytywny wpływ na rozprowadzanie materiału uszorstniającego. Wiele z tych rozwiązań dotyczy na przykład konstrukcji talerza rozsypującego (DE 40 39 795 C1, DE 100 43 463 A1), inne dotyczą sposobu i miejsca dostarczania soli i solanki na talerz rozsypujący (DE 39 37 675 C2, DE 44 29 188 A1).

Testy wykonywane obecnie w celu badania rozprowadzania materiału uszorstniającego przeprowadzane są zwykle przy prędkości jazdy wynoszącej 30 km/h, szerokości rozsypywania b wyno₂ szącej 4 m i gęstości rozsypywania wynoszącej 20 g/m². Wynikająca stąd ilość materiału uszorstniającego Q - v x b x SD = 40 kg/min. Jako akceptowalne uznaje się profile rozsypywania zapewniające w takich warunkach jednorodną gęstość rozsypywania na całej szerokości dywanu materiału uszorstniającego.

W przypadku zmiany parametrów rozsypywania, profil rozsypywania zmienia się w znaczący sposób. Jeżeli na przykład ilość materiału uszorstniającego Q zostanie zmieniona w taki sposób, że talerz rozsypujący musi rozprowadzić znacznie większą ilość materiału uszorstniającego w jednostce czasu i/lub jeżeli szerokość rozsypywania b zostanie zmieniona przez wykorzystanie większej prędkości obrotowej talerza rozsypującego nT, zmiany te będą miały bezpośredni wpływ na profil rozsypywania. Nie tylko profil rozsypywania w kształcie półksiężyca zostanie przesunięty w bok, lecz zmieni się również rozkład materiału uszorstniającego wewnątrz półksiężyca. W przypadku, gdy urządzenie rozsypujące jest przemieszczane do przodu, niejednorodny rozkład materiału uszorstniającego wystąpi na całej szerokości dywanu materiału uszorstniającego.

PL 217 271 B1

Zwiększenie ilości materiału uszorstniającego Q, jak również zwiększenie prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego skutkuje na przykład przesunięciem dywanu materiału uszorstniającego w kierunku pobocza drogi, jeżeli talerz rozsypujący obraca się w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara (patrząc z góry). Może to zostać skorygowane przez odpowiednią regulację talerza rozsypującego, tak, aby rozprowadzany dywan materiału uszorstniającego pokrywał w dalszym ciągu pożądaną szerokość nawierzchni drogi. Zmiana profilu rozprowadzania materiału uszorstniającego w obszarze o kształcie półksiężyca powoduje jednak zmianę poprzecznego rozkładu materiału uszorstniającego w dywanie materiału uszorstniającego, który rośnie w kierunku pobocza drogi. W przypadku niewielkich ilości Q, jak również w przypadku małych prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego efekt ten występuje w kierunku przeciwnym.

Celem niniejszego wynalazku jest zatem utrzymanie tak stałego rozkładu materiału uszorstniającego na całej szerokości dywanu materiału uszorstniającego jak to tylko jest możliwe, również w przypadku zmieniających się parametrów rozsypywania, w szczególności w przypadku zmiany ilości materiału uszorstniającego i/lub szerokości rozsypywania.

Nieoczekiwanie okazało się, że można osiągnąć ten cel poprzez zmienianie stosunku ilości cieczy lub solanki do ilości materiału uszorstniającego w zależności od przynajmniej jednego parametru wpływającego na rozkład materiału uszorstniającego w dywanie materiału uszorstniającego.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest zatem sposób rozsypywania materiału uszorstniającego wymieszanego z cieczą z wykorzystaniem obrotowego talerza rozsypującego do utworzenia dywanu materiału uszorstniającego o możliwie jak najbardziej jednorodnym rozkładzie materiału uszorstniającego, przy czym sposób obejmuje następujące etapy:

- przemieszczanie obrotowego talerza rozsypującego do przodu,

- dostarczanie materiału uszorstniającego i cieczy na obrotowy talerz rozsypujący, oraz

- rozrzucanie materiału uszorstniającego i cieczy z obrotowego talerza rozsypującego podczas ruchu talerza do przodu.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że dodatkowo obejmuje etap dostosowania przy zmianie co najmniej jednego parametru wpływającego na rozkład materiału uszorstniającego w dywanie materiału uszorstniającego - stosunku ilości cieczy do ilości materiału uszorstniającego w zależności od tego parametru, którym jest ilość materiału uszorstniającego (Q) i/lub szerokość rozsypywania (b) i/lub wielkość ziaren materiału uszorstniającego, przy czym

- udział cieczy zwiększa się przy zmniejszeniu ilości materiału uszorstniającego (Q), i odwrotnie i/lub

- udział cieczy zwiększa się przy zmniejszaniu szerokości rozsypywania b, i odwrotnie, i/lub

- udział cieczy zwiększa się przy zmniejszaniu wielkości ziaren materiału uszorstniającego, i odwrotnie.

W korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku jako ciecz wykorzystuje się solankę, zaś jako materiał uszorstniający wykorzystuje się sól drogową.

Parametry rozsypywania to przede wszystkim zmienne czynniki wpływające, które są zależne od czynników zewnętrznych i wpływają na profil rozsypywania, tak jak na przykład z góry określona ilość materiału uszorstniającego Q, gęstość rozsypywania SD (mająca bezpośredni wpływ na ilość materiału uszorstniającego Q przy z góry określonej prędkości jazdy v i szerokości dywanu materiału uszorstniającego b), prędkość jazdy v (również mająca bezpośredni wpływ na ilość materiału uszorstniającego Q przy z góry określonej gęstości rozsypywania SD i szerokości dywanu materiału uszorstniającego b), szerokość dywanu materiału uszorstniającego szerokość (również mająca bezpośredni wpływ na ilość materiału uszorstniającego Q przy z góry określonej gęstości rozsypywania SD i prędkości jazdy v), oraz prędkość obrotowa nT talerza rozsypującego (która jest bezpośrednio uzależniona od ustalonej szerokości dywanu materiału uszorstniającego b). Jako czynnik wpływający, który jest zależny od czynników zewnętrznych i wpływa na profil rozsypywania może być jednak traktowany również rodzaj materiału uszorstniającego, a zwłaszcza wielkość ziarna materiału uszorstniającego, przy czym z jednej strony mamy tu do czynienia na przykład z gruboziarnistą solą kamienną, zaś z drugiej strony z posiadającą znacznie mniejszą wielkość ziarna solą solankową. Kolejne czynniki zewnętrzne, które należy brać pod uwagę to temperatura materiału uszorstniającego, która jest zwykle zależna od temperatury otoczenia, jak również wilgotność drogi, soli, itp., ponieważ mogą one zmieniać charakterystykę rozsypywania materiału uszorstniającego, a w konsekwencji również profil rozsypywania materiału uszorstniającego.

PL 217 271 B1

Wynalazek opiera się na założeniu, że przez odpowiednie dostosowanie stosunku solanki do materiału uszorstniającego rozkład materiału uszorstniającego w profilu rozsypywania może być zmieniany w taki sposób, że po zmianie jednego lub kilku parametrów rozsypywania, w szczególności Q lub nT, co może prowadzić do zmiany poprzecznego rozkładu materiału uszorstniającego w profilu rozsypywania o kształcie półksiężyca, możliwe jest przywrócenie niemal jednorodnego rozkładu poprzecznego materiału uszorstniającego. W rzeczywistości w ten sposób nie da się uzyskać idealnych warunków rozsypywania. Otrzymane rezultaty stanowią jednak znaczący postęp w stosunku do efektów uzyskiwanych z wykorzystaniem powszechnie stosowanej technologii, w której wykorzystywany jest stały stosunek solanki do materiału uszorstniającego, który zwykle wynosi 30% do 70%.

₂

Z powyższych założeń wynikają idealne parametry standardowe v = 30 km/h, b = 4 m i SD = 20 g/m², a zatem ilość materiału uszorstniającego Q równa jest 40 kg/min przy rozsypywaniu gruboziarnistej soli drogowej, przy czym korzystne jest zwiększenie ilości solanki w stosunku do ilości materiału uszorstniającego w przypadku zmniejszenia ilości materiału uszorstniającego Q i/lub szerokości rozsypywania b, albo zmniejszenia prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego i/lub zmniejszenia wielkości ziarna materiału uszorstniającego. I odwrotnie, w przypadku zwiększenia parametrów Q i/lub nT i/lub zwiększenia wielkości ziarna korzystne jest zmniejszenie ilości solanki.

Podstawy fizyczne powyższych zależności mogą być rozważane jedynie teoretycznie. Poniższe uwagi powinny być zatem traktowane jedynie jako próby ich wyjaśnienia.

W przypadku względnie małej prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego na materiał uszorstniający działa odpowiednio mniejsza siła odśrodkowa, co powoduje dłuższe jego pozostawanie na talerzu rozsypującym, a więc materiał uszorstniający jest rozsypywany później. Dłuższy czas pozostawania materiału uszorstniającego na talerzu rozsypującym prowadzi do przesunięcia dywanu materiału uszorstniającego w kierunku osi drogi, jednak równocześnie prowadzi też do zlepiania i zbrylania się materiału uszorstniającego na talerzu rozsypującym przed jego wyrzuceniem z talerza rozsypującego. Przyjęto, że większa zawartość solanki powoduje powstanie efektu smarowania, który prowadzi do szybszego wyrzucania materiału uszorstniającego i zapobiega jego zbrylaniu się. Umożliwia to przynajmniej częściowe skorygowanie zmian rozkładu materiału uszorstniającego spowodowanych względnie małą prędkością obrotową nT.

Zwiększenie prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego powoduje przesunięcie dywanu materiału uszorstniającego w kierunku pobocza drogi. Rozkład poprzeczny materiału uszorstniającego wewnątrz profilu rozsypywania w kształcie półksiężyca wskazuje na gromadzenie się materiału uszorstniającego z jednej strony. Przyjęto, że ciecz jest nieproporcjonalnie szybko wyrzucana z talerza rozsypującego zabierając ze sobą materiał uszorstniający. Zjawisko to może być przynajmniej częściowo skorygowane przez zmniejszenie zawartości solanki.

Jeżeli chodzi o parametr „ilość materiału uszorstniającego Q, przy określonej szerokości rozsypywania b lub prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego i gęstości rozsypywania SD, parametr ten zmienia się wraz ze zmianą prędkości jazdy pojazdu v. Im szybciej przemieszcza się pojazd, tym więcej materiału uszorstniającego dostarczane jest w jednostce czasu na talerz rozsypujący i rozsypywane z talerza rozsypującego. Przyjęto, że również w tym przypadku zwiększenie lub zmniejszenie ilości solanki w stosunku do ilości materiału uszorstniającego ma wpływ na efekt smarowania. Przesunięcie dywanu materiału uszorstniającego w kierunku osi drogi w przypadku względnie małej ilości materiału uszorstniającego Q, zaś w kierunku pobocza drogi w przypadku względnie dużej ilości materiału uszorstniającego Q może być powiązane z odpowiednio wczesnym lub późnym wyrzucaniem materiału uszorstniającego z talerza rozsypującego, a to zjawisko może być przynajmniej częściowo skorygowane przez zwiększenie zawartości solanki w przypadku względnie małej ilości materiału uszorstniającego Q i zmniejszenie zawartości solanki w przypadku względnie dużej ilości materiału uszorstniającego Q.

Ogólnie przyjęto zatem, że solanka pełni szczególną rolę jako czynnik smarujący talerz rozsypujący, zaś ilość solanki wpływa na parametry rozsypywania materiału uszorstniającego. Ponieważ zawartość solanki jest zwykle znacznie większa niż teoretycznie wymagana - zgodnie z tym, co napisano powyżej - możliwe jest wpływanie w dużym stopniu na profil rozsypywania przez zmianę ilości solanki, bez zmiany wymaganej wilgotności w zauważalnym stopniu.

Biorąc pod uwagę zależność optymalnej zawartości solanki od rodzaju materiału uszorstniającego, w szczególności od wielkości ziarna materiału uszorstniającego przyjęto, że materiał uszorstniający o drobniejszych ziarnach, taki jak na przykład sól solankowa, absorbuje wilgoć lepiej niż materiał uszorstniający o grubszych ziarnach, na przykład sól kamienna. Przyczyna jest względnie większa

PL 217 271 B1 powierzchnia do nawilżenia występująca w przypadku drobnoziarnistych materiałów uszorstniających. W konsekwencji korzystne jest więc rozsypywanie drobnoziarnistych materiałów uszorstniających z większą ilością cieczy niż w przypadku materiałów uszorstniających o grubszych ziarnach. Z powodu związanego z tym rozcieńczania drobnoziarnistej soli solankowej zmniejszeniu ulega uzyskiwany efekt rozmrażania, który jest jednak możliwy do zaakceptowania biorąc pod uwagę polepszenie wyników rozsypywania.

Jedyny załączony rysunek przedstawia z jednej strony zależność optymalnej zawartości solanki od szerokości rozsypywania b, która jest bezpośrednio zależna od prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego, a z drugiej strony zależność optymalnej zawartości solanki od ilości materiału uszorstniającego Q, która jest z kolei zależna od gęstości rozsypywania SD, prędkości jazdy v i szerokości rozsypywania b. W wyniku powstaje trójwymiarowy układ krzywych, który tworzy zakrzywiony obszar. Zauważyć można, że jeżeli ilość materiału uszorstniającego Q, optymalna zawartość solanki wyrażona w procentach wagowych zmniejsza się wraz z wzrostem szerokości rozsypywania b lub prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego. Podobnie można zauważyć, że jeżeli szerokość rozsypywania b lub prędkość obrotowa nT talerza rozsypującego jest stała, optymalna zawartość solanki zmniejsza się wraz z wzrostem ilości materiału uszorstniającego Q - spowodowanym na przykład wzrostem prędkości jazdy.

Na rysunku nie jest widoczna zależność optymalnej zawartości solanki od innych czynników wpływających takich jak na przykład promień talerza rozsypującego, długość łopatek, ich wysokość i kierunek, a w szczególności wielkość ziarna materiału uszorstniającego. Zakrzywiony obszar widoczny na rysunku odpowiada soli kamiennej o średniej wielkości ziarna równej 2 mm, przy czym 95% ziaren posiada średnicę w przedziale od 0,16 do 5 mm. Wielkość ziaren soli solankowej jest znacząco mniejsza. Typowa sól solankowa posiada na przykład średnią wielkość ziarna równą 0,6 mm, przy czym 90% ziaren posiada średnicę w przedziale od 0,3 do 0,9 mm. W przypadku materiałów uszorstniających o mniejszej wielkości ziarna powstaje układ krzywych lub zakrzywiony obszar położony powyżej układu krzywych przedstawionego na rysunku. Analogicznie, w przypadku materiałów uszorstniających o większej wielkości ziarna powstaje układ krzywych położony poniżej układu krzywych przedstawionego na rysunku.

Przedstawiony na rysunku układ krzywych uzyskany został w wyniku przeprowadzonych badań. Tak jak poprzednio, wyniki tych badań powinny być traktowane jedynie przykładowo, ponieważ inne warunki bazowe prowadzić będą do uzyskania innych wyników. Istotny wpływ na profil rozsypywania ma na przykład kształt talerza rozsypującego, rodzaj i położenie układu dostarczającego materiał uszorstniający i/lub solankę na talerz rozsypujący i tym podobne. Należy jednak przyjąć, że nawet w przypadku zmiany warunków bazowych możliwe jest skorygowanie rozkładu materiału uszorstniającego przez odpowiednie dostosowanie ilości wykorzystywanej solanki, a w szczególności przez zwiększenie ilości solanki w przypadku zmniejszenia ilości materiału uszorstniającego Q, zmniejszenia szerokości rozsypywania b lub prędkości obrotowej nT talerza rozsypującego lub zmniejszenia wielkości ziarna materiału uszorstniającego.

Urządzenie rozsypujące wykorzystujące opisany powyżej sposób obejmuje poza obracającym się talerzem rozsypującym i urządzeniem dostarczającym materiał uszorstniający i ciecz na talerz rozsypujący układ sterujący, dzięki któremu możliwe jest zmienianie stosunku ilości cieczy do ilości materiału uszorstniającego w zależności od jednego lub wielu czynników wpływających na rozkład materiału uszorstniającego w dywanie materiału uszorstniającego. Stosowana obecnie technologia cyfrowa umożliwia bezproblemowe wykonanie takiego układu.

Operator znajdujący się w kabinie pojazdu przeznaczonego do zapewniania przejezdności dróg w okresie zimowym wprowadza za pomocą interaktywnego interfejsu użytkownika szerokość rozsypywania b dywanu materiału uszorstniającego, jak również gęstość rozsypywania SD, z jaką dywan materiału uszorstniającego powinien zostać rozprowadzony na nawierzchni drogi. Na podstawie tych dwóch parametrów, biorąc pod uwagę automatycznie wprowadzaną prędkość jazdy v pojazdu, wspomagane komputerowo obliczenia umożliwiają określenie ilości materiału uszorstniającego Q dostarczanej na talerz rozsypujący w jednostce czasu przez urządzenie transportujące. W oparciu o wprowadzoną szerokość rozsypywania b automatycznie określana i zmieniana jest również prędkość obrotowa nT talerza rozsypującego.

Informacje dotyczące „szerokości rozsypywania b i „ilości materiału uszorstniającego Q są więc już dostępne dla układu sterującego, dzięki czemu przez porównanie z przechowywanym w cyfrowej pamięci urządzenia układem krzywych przedstawionym na rysunku możliwe jest ustalenie

PL 217 271 B1 optymalnej ilości solanki, jaka powinna być dodawana do materiału uszorstniającego. Zamiast układu krzywych w pamięci przechowywana może być również odpowiednio większa liczba pojedynczych wartości. Z wykorzystaniem odpowiednich środków, które są powszechnie znane specjalistom w tej dziedzinie ilość dostarczanej solanki zmieniana jest zgodnie z określoną wartością optymalną, jak również jest zwiększana lub zmniejszana w przypadku zmiany czynników wpływających (ilość materiału uszorstniającego Q, szerokość rozsypywania b, wielkość ziarna materiału uszorstniającego, itd.).

Claims (2)

1. Sposób rozsypywania materiału uszorstniającego wymieszanego z cieczą z wykorzystaniem obrotowego talerza rozsypującego do utworzenia dywanu materiału uszorstniającego o możliwie jak najbardziej jednorodnym rozkładzie materiału uszorstniającego, przy czym sposób obejmuje następujące etapy:

- przemieszczanie obrotowego talerza rozsypującego do przodu,

- dostarczanie materiału uszorstniającego i cieczy na obrotowy talerz rozsypujący, oraz - rozrzucanie materiału uszorstniającego i cieczy z obrotowego talerza rozsypującego podczas ruchu talerza do przodu, znamienny tym, że dodatkowo obejmuje etap dostosowania - przy zmianie co najmniej jednego parametru wpływającego na rozkład materiału uszorstniającego w dywanie materiału uszorstniającego - stosunku ilości cieczy do ilości materiału uszorstniającego w zależności od tego parametru, którym jest ilość materiału uszorstniającego (Q) i/lub szerokość rozsypywania (b) i/lub wielkość ziaren materiału uszorstniającego, przy czym udział cieczy zwiększa się przy zmniejszeniu ilości materiału uszorstniającego (Q), i odwrotnie i/lub udział cieczy zwiększa się przy zmniejszaniu szerokości rozsypywania b, i odwrotnie, i/lub udział cieczy zwiększa się przy zmniejszaniu wielkości ziaren materiału uszorstniającego, i odwrotnie.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako ciecz wykorzystuje się solankę, zaś jako materiał uszorstniający wykorzystuje się sól drogową.