Повелитель мусора: компактор на полигоне ТКО

Своевременная уборка мусора необходима для нормального существования любого населенного пункта. Современные мусорные свалки, называемые полигонами твердых коммунальных отходов (ТКО), это специально спроектированные объекты, работающие в соответствии с федеральными и муниципальными нормами, назначением которых является защита здоровья человека и окружающей среды. В отношении размещения, строительства, эксплуатации и обслуживания полигонов после закрытия действуют строгие требования.

В России, по данным Росприроднадзора, накоплено 35 млрд т отходов, и с каждым годом эта цифра увеличивается на 60 млн т. Все это мусорное хозяйство занимает площадь около 4 млн га. Назревшие в отрасли реформы, в результате которых приоритет отдается переработке и сжиганию мусора, должны снизить нагрузку на полигоны в ближайшие годы. Но при этом захоронение, как самый простой и дешевый способ утилизации отходов, рано списывать со счетов. Во-первых, внедрение раздельного сбора мусора, возведение новых мощностей и инфраструктуры потребует немалых вложений и займет долгое время. Во-вторых, включение в цепочку перегрузочных станций и мусороперерабатывающих комплексов значительно увеличит затраты на логистику. В-третьих, неперерабатываемая часть отходов, так же как и продукты сжигания, все равно попадет на полигоны.

Уплотнение отходов является краеугольным камнем эксплуатации полигонов. Плотная масса отходов также снижает основные факторы их воздействия на окружающую среду: неприятный запах, разлетающийся мусор и загрязнение грунтовых вод. Надо сказать, что само понятие качественного уплотнения относительно и различается для разных полигонов. Например, на полигоне, где 80% отходов предварительно прошло через пресс, а остальные 20% представляют собой шлам, легко достичь очень высокой степени уплотнения. Такое соотношение нехарактерно для российских условий с обилием несортированных и неуплотненных отходов. У нас не обойтись без применения специальных самоходных компакторов (уплотнительных машин). Помимо подбора модели уплотнителя правильного размера и массы необходимо уделить внимание подготовке оператора, который сможет обеспечить равномерную работу в течение смены, уплотнение тонкими слоями с наименьшим количеством проходов.

Чтобы получить хорошие результаты, необходимо учитывать характер и состояние отходов (важную роль играет их влажность) и размещать их на карте полигона в правильной последовательности. Сухие отходы сложнее дробить и разрушать их структуру, если нет достаточной поверхностной влаги или внешнего орошения. Одним из способов преодоления этого препятствия является смешивание влажных отходов с сухим материалом. На тонких слоях дробящее действие уплотнителя выше, а сопротивление качению ниже, поэтому скорость движения машины может быть увеличена. В результате исследований было установлено повышение производительности уплотнителя на 8% за счет увеличения скорости на 0,5-метровом слое в сравнении с 0,9-метровым слоем. Кроме того, работа на тонких слоях сокращает расход топлива, снижает износ машины и соответственно время простоя и затраты на техническое обслуживание.

Почему уплотнитель с изношенными кулачками не может обеспечить качественное уплотнение? Суть работы компактора состоит в том, что эта машина измельчает отходы и одновременно уплотняет его, формируя новый слой, связанный со старыми слоями, при этом удаляются воздушные полости. Поэтому количество кулачков, их форма, конструкция и размер играют важную роль. Обычно уплотнение достигается за 2–4 прохода в зависимости от схемы расположения вальцов (стальных колес). Со вторым проходом по тому же следу по мере разрушения структуры отходов слой перестает пружинить. Поскольку состав отходов сильно различается, может потребоваться дополнительное уплотнение и измельчение. Для промышленных отходов требуется большее количество проходов и более интенсивное измельчение. Тем не менее после 4–5 проходов по тому же следу обычно уже не может быть получено более значительное уплотнение. Если рабочая поверхность полигона относительно велика, то не всегда возможно определить, где уплотнитель совершил проход, а где нет, что приведет в перспективе к появлению мягких пятен на поверхности. Эти области будут скрыты последующими слоями отходов, в конечном итоге поверхность будет осаждаться неравномерно, и после закрытия и озеленения полигона потребуются дополнительные работы по восстановлению. Правильное обслуживание машины и ее техническое состояние также имеют решающее значение.

Уплотнители мусорных свалок бывают нескольких типоразмеров: от 25- до 60-тонных машин. Операторы небольших полигонов, которые принимают 300 т в день или менее, часто не рассматривают машины тяжелее 25 или 30 т. Но в большинстве случаев мусор поступает на полигон в течение дня неравномерно, и в пиковые часы может прибывать до половины дневной нормы. С учетом этого стоит обратить внимание на машины массой от 35 до 40 т, которые точно справятся с объемом работы и смогут поддерживать вместимость полигона на нужном уровне. Количество отходов, которое уплотнитель может обрабатывать, зависит от его рабочего веса. Чем больше масса машины, тем более толстый слой отходов она уплотнит за один проход или за единицу времени. Если уплотнитель слишком мал для полигона, он не успевает справляться с поступающими отходами, что приводит к остановкам или заторам при выгрузке. Компактор массой 28 т эффективно обработает слой толщиной 30 см, а тяжелая 60-тонная машина справится со слоем 55 см, но такой уплотнитель значительно дороже и может не оправдать вложенных средств. Важно найти баланс и подобрать уплотняющую машину правильного размера. 

Персоналии рынка

Три серии четырехколесных компакторов Bomag (21–26 т, 29–37 т и 40–56 т) охватывают диапазон машин для выполнения задач любого уровня. Из особенностей конструкции производитель выделяет гидростатический привод с автоматической регулировкой нагрузки, четыре независимых контура привода колес и шарнирное сочленение, выдерживающее работу в тяжелых условиях, которое обеспечивает качание в обе стороны в пределах 15°, а также поворот рамы на 40°. В результате колеса не теряют контакт с поверхностью, сохраняя тяговое усилие даже при перепаде высоты колес до 90 см. К одной из самых востребованных относится мод. BC 772 RB-2. Эксплуатационная масса этой машины – 37 100 кг, она оснащена дизельным двигателем Deutz мощностью 442 л.с. На каждом стальном колесе установлено по 60 кулачков на шести полигональных уплотняющих сегментах. Каждое колесо имеет собственный гидромотор, что обеспечивает максимальную тягу. Ходовая часть не имеет мостов, днище полностью закрыто броней, таким образом, полностью исключено попадание мусора в ходовую часть и повреждения. Легкие уплотнители имеют два диапазона скорости, машины среднего и тяжелого классов могут преодолевать уклон до 100% и имеют три диапазона скорости.

Компания Caterpillar отдает предпочтение четырехколесной конструкции. В качестве аргумента в пользу такого выбора можно привести то, что если при оценке воздействия на рыхлую поверхность полигона за основу брать линейное давление, то колеса меньшей ширины будут давить сильнее, чем широкие вальцы, и это положительно скажется на уплотняющей способности, а также на проходимости машины в рыхлой среде. Уплотнители Caterpillar разработаны для оптимальной работы на полигонах, где материал отличается низким коэффициентом сцепления и высоким сопротивлением качению. В обновленном уплотнителе Cat 836K с эксплуатационной массой 55 927 кг и мощностью 562 л.с. для повышения производительности реализована функция Auto-Blade: отвал автоматически поднимается, когда машина меняет направление движения, и опускается до заданного уровня, когда она движется вперед. Для управления поворотом и ходом машины используется один и тот же рычаг. Гидротрансформатор с муфтой блокировки исключает потери мощности в системе гидравлики и обеспечивает полноценное функционирование отвала и рулевого управления во всем диапазоне скоростей. Производитель предлагает на выбор три конфигурации стальных колес с кулачками длиной 165 мм в количестве 20–40 шт. на каждое. Для защиты двигателя и трансмиссии днище рамы закрыто щитами, открывающимися с помощью гидропривода. Остальные модели, входящие в линейку 816F, 816K, 826K, 836H, имеют эксплуатационные массы 23 748, 25 809, 40 917 и 53 700 кг соответственно.

Линейка компакторов серии E от компании Tana Oy из Финляндии включает пять моделей Tana E260, E320, E380, E450 и E520 массой 26, 32, 38, 45 и 52 т соответственно. Все они оборудованы системой управления TCS, которая отображает на экране монитора параметры работы и сообщает о проблемах (например, засорение фильтров, повышение температуры трансмиссии). Два вальца с 220-ю коваными 200-миллиметровыми кулачками пирамидальной формы, по заявлению производителя, обеспечивают уплотнение меньшим количеством проходов, чем четыре колеса. При этом разрушающее усилие кулачков достигает 255 кН, а плотность отходов после обработки доходит до 950–1200 кг/м³ при производительности 80 т/ч или 400 м³/ч. Гидростатическая трансмиссия Tana включает две отдельные системы для переднего и заднего вальцов. Оператор управляет машиной с помощью джойстиков: левый джойстик отвечает за скорость и направление движения, а правый – за рулевое управление и подъем отвала.

Российский Завод «Дорожных машин» (г. Рыбинск Ярославской обл.) предлагает две модели уплотняющих машин для полигонов, UM-25 и UM-38, с гидростатическим приводом и с двумя диапазонами скорости, которые построены по трехколесной схеме. Мод. UM-25 эксплуатационной массой 26 т приводится в действие двигателем ЯМЗ-238 мощностью 300 л.с., а более тяжелая 39-тонная машина предлагается с двигателями ЯМЗ-7511 (400 л.с.). В качестве опции предусмотрена комплектация обеих машин двигателями Cummins. Передний валец UM расположен между двумя задними стальными колесами, которые перекрывают его след. В результате за один проход полоса уплотняется сразу по всей ширине (3300 и 4000 мм соответственно). При этом сохраняются преимущества, свойственные четырехколесной конструкции, такие как проходимость и устойчивость. Насосная станция комплектуется аксиально-поршневыми насосами Bosch Rexroth c автоматическим регулированием и раздаточным редуктором. С целью обеспечения эффективного охлаждения рабочей жидкости гидропривода радиатор охлаждения вынесен отдельно и оснащен автономным вентилятором. По заявлению производителя, достигается уплотнение отходов до 900-1100 кг/м³ для UM-25 и до 1200–1400 кг/м³ для UM-38. Удельное давление кулачков на грунт составляет 270 и 315 кг/cм² при суммарном количестве кулачков 160 и 190 шт. на машину, а линейное давление вальца и задних колес сопоставимо с четырехколесными конструкциями.

До тех пор, пока все отходы не будут перерабатываться, мусорные свалки будут играть важную роль в качестве едва ли не единственного жизнеспособного варианта утилизации. Поэтому, несмотря на текущие тренды, компактор остается востребованной машиной. Использование тяжелой техники на полигоне очень трудоемко и ответственно. Производитель должен глубоко понимать потребности клиента и предлагать не стандартные универсальные варианты, а хорошо сбалансированную технику, способную работать в тяжелых условиях конкретного полигона. Основное внимание при разработке оборудования для отходов уделяется безопасности оператора, повышенному теплоотводу и особой защите уязвимых компонентов (таких как гидравлические цилиндры, топливные баки и вращающиеся части трансмиссии).