Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор исследований и достижений практики работ в области универсальных коммунальных машин для содержания территорий города 9
1.1. Обзор исследований и работ в области коммунальной техники 9
1.2. Особенности работ по содержанию территорий города 11
1.3. Использование автомобилей и тракторов в качестве шасси коммунальной машины - отечественный и зарубежный опыт 15
1.4. Цель и задачи исследования 23
Глава 2. Исследование рациональной комплектации универсальной коммунальной машины рабочим оборудованием 25
2.1. Разработка методики экспертного исследования 25
2.2. Сбор и анализ исходных данных для составления матрицы опроса экспертов 37
2.3. Проведение экспертного исследования и обработка результатов 39
2.4. Рациональное использование комплекта рабочего оборудования в течение года 47
2.5. Выводы по главе 55
Глава 3. Теоретический анализ тягово-скоростных характеристик специального шасси в зависимости от типа рабочего оборудования 56
3.1. Параметры основных типов оборудования 56
3.2. Методика определения тягово-скоростного режима работы машины с конкретным типом оборудования 63
3.3. Формирование инженерного метода расчета тягово-скоростной характеристики и примеры его использования для оборудования снежного плуга 74
3.4. Математическая модель тягово-скоростной характеристики универсальной коммунальной машины 83
3.5. Выводы по главе 85
Глава 4. Исследования трансмиссий колесного шасси при работе с рациональным комплектом оборудования 87
4.1. Машина дорожно-коммунальная уборочная МДКУ (ЗАО "ВНИИстройдормаш") 87
4.1.1. Устройство МДКУ 87
4.1.2. Исследование тягово-скоростной характеристики гидрообъемной трансмиссии 95
4.1.3. Исследование тягово-скоростной характеристики гидродинамической трансмиссии 101
4.1.4. Экспериментальное исследование с оборудованием — снежный плуг 105
4.1.5. Оценка работы трансмиссии по показателю эффективности 113
4.2. Механические трансмиссии автомобилей и тракторов 114
4.3. Выводы по главе 124
Основные выводы и результаты 126
Литература 128
Приложение
- Использование автомобилей и тракторов в качестве шасси коммунальной машины - отечественный и зарубежный опыт
- Сбор и анализ исходных данных для составления матрицы опроса экспертов
- Формирование инженерного метода расчета тягово-скоростной характеристики и примеры его использования для оборудования снежного плуга
- Исследование тягово-скоростной характеристики гидродинамической трансмиссии
Введение к работе
Высокая интенсивность движения автомобильного транспорта предъявляет особые требования к содержанию дорожного покрытия, механизации и технологии уборочных работ. Для разрешения этой проблемы проводится коренное техническое перевооружение дорожной отрасли городов, создаются современные производственные мощности, в частности, по обеспечению содержания дорог в летнее и зимнее время.
Говоря о жилищно-коммунальном комплексе России, нельзя не отметить, что долгие годы эта сфера экономики держалась на основе, заложенной еще в советские годы. По данным Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству здания, инженерные коммуникации и коммунальное оборудование в настоящее время в среднем по стране изношены более чем на 60%, а в ряде регионов — на 80% и более [119].
На фоне столь критического состояния жилищно-коммунального комплекса России Московское хозяйство выглядит более благополучно. Однако и здесь достаточно проблем. Развитие дорожно-транспортной сети мегаполиса, увеличение бытовых и промышленных отходов, удорожание энергоносителей, возрастающие требования к экологии и условиям проживания жителей Московского региона значительно увеличивают затраты на коммунальное хозяйство города.
Московские предприятия способны производить оборудование и машины, . не уступающие, а по ряду показателей даже превосходящие зарубежные аналоги. Для того, чтобы использовать этот потенциал в полной мере Правительством Москвы была принята "Комплексная целевая программа освоения производства высокоэффективного оборудования и машин для жилищно-коммунального хозяйства города на основе научно-производственной кооперации московских предприятий на период 2001 - 2007 гг." (постановление Правительства Москвы от 10 июля 2002 г. № 622-1111), а так же распоряжение Правительства Москвы от 4 июля 2007 г. N 1391-РП "О приобретении дорожных и
коммунальных машин для предприятий и организаций городского хозяйства в 2007 году".
Год принятия Комплексной целевой программы стал переломным для жилищно-коммунального хозяйства города. Благодаря помощи со стороны Правительства московские предприятия, научные и конструкторские коллективы получили поддержку и приступили к масштабным работам. К реализации Комплексной программы были привлечены ведущие московские научно-исследовательские и производственные коллективы такие, как Академия коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, ГП «РосдорНИИ», ОАО АХК «ВНИИметмаш», ОАО «ВНИИстройдормаш», ГУЛ СКВ «Крона», МАДИ, ЗАО НПК «Коммаш», ЗАО «Доркомтехника», ОАО «Станкоагрегат», ГУП «Дорин-вест», ООО «Дормаш AT».
С увеличением интенсивности движения и транспортных потоков на улицах и магистралях города перед коммунальщиками Москвы все острее встает задача совершенствования технологий и оборудования для ремонта и содержания дорог и инженерных сооружений. Особенно это касается зимнего периода, поскольку от сроков вывоза снега и принятия мер по ликвидации гололеда зависит не только режим движения транспорта и качество дорожного полотна, но и безопасность движения.
В рамках реализации программы были предложены новые технологии для уборки дорог, мостовых и тоннельных сооружений. Основной упор в этом направлении сделан на разработку высокопроизводительных и экономичных коммунальных машин с улучшенными экологическими свойствами.
Наиболее дорогой частью коммунальных уборочных машин является специальное шасси. Высокая стоимость машин подтолкнула московские организации к поиску собственных решений. На базе узлов и агрегатов автомобиля «ЗИЛ» разработаны несколько видов оригинальных универсальных шасси типа «Унимог», предназначенных для дорожных машин среднего класса и отвечающих требованиям работы в стесненных городских условиях. При успешной опытной эксплуатации таких шасси они будут востребованы во многих городах
России. В перспективе — создание отечественного навесного оборудования, некоторые виды которого до сих пор приобретаются у зарубежных фирм.
Еще одной важнейшей областью жилищно-коммунального комплекса является обслуживание дворовых территорий. На очистку дворовых территорий, тротуаров и проездов столицы общей площадью в 50 млн. кв. метров дворников не хватает, поэтому их содержание невозможно без механизации ручного труда [59]. На базе легких тракторов и мотоблоков разработаны многофункциональные коммунальные машины. Такая малогабаритная.техника позволяет не только осуществлять круглогодичное обслуживание территорий, но в 3-4 раза поднимает производительность труда.
Также необходимо оборудование для посадки и содержания зеленых насаждений, общая площадь которых по Москве составляет 45,6 тысяч гектар.
Таким образом, потребности дорожного и коммунального хозяйства Рос
сии в машинах для круглогодичного содержания проезжей части в основном
удовлетворяется отечественными производителями: Достаточно часто исполь
зуется в качестве шасси для сменного оборудования колесного трактора, что не
обеспечивает необходимых рабочих скоростей. Уборочные машины создаются
на базе тракторов, таких как ЛТЗ, ВТЗ и МТЗ, а так же грузовиков — ГАЗ, КА
МАЗ, МАЗ, ЗИЛ и УРАЛ [10, 17, 32, 37, 55]. Необходимо отметить отсутствие
требуемой широты изменения тягово-скоростных параметров этих машин; на
личие ограниченного числа валов отбора мощности, невозможность навески и
быстрой замены всей гаммы необходимого сменного рабочего оборудования,
сложность реализации устойчивого тягово-скоростного режима, большие габа
риты, отсутствие маневренности и должной обзорности; таких машин, обеспе
чивающих необходимую производительность [84].
Оснащение дорожных организаций грузовыми автомобилями и тракторами в соответствии с действующими, нормами- приводит к^ тому, что в, течение года ряд машин, в зависимости от времени их использования-(лето/зима), простаивает. Сокращение периода использования коммунальных машин является причиной возрастания капитальных затрат на создание и хранение парка таких спе-
циализированных машин, по своей сути не являющихся специализированными [117].
Создание универсальных машин позволяет уменьшить их число с одновременным увеличением степени использования за счет применения действительно специальных шасси с различными комбинациями как навесного, так и прицепного оборудования.
Наряду с выпуском машин повышенной мощности и скорости для городских магистралей возникает необходимость в выпуске малогабаритных машин многоцелевого назначения, позволяющих снизить долю затрат ручного труда при работе в трудно доступных местах. Это малогабаритные универсальные машины, которые благодаря мобильности, маневренности, экономичности и простоте управления в сочетании с быстрой заменой рабочих органов служат высокоэффективным средством механизации ручного труда на малых и рассредоточенных объектах в городах.
Сегодня в коммунальном хозяйстве городов появляется все больше сред-негабаритных многофункциональных коммунальных машин, что согласуется с основными направлениями развития строительных машин, повышением единичных мощностей (в рациональных пределах) при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотреблении и снижения стоимости на единицу создаваемого продукта. В перспективе будут создаваться универсальные коммунальные машины малых, средних и крупных размеров.
Представленная диссертационная работа способствует созданию многофункциональной машины для коммунального хозяйства городов с широким набором сменных рабочих органов и является одной из первых в области исследований по обоснованию необходимых параметров универсального колесного шасси и выявление рационального комплекта сменного оборудования.
Автор считает, что выбор специального шасси многофункциональной коммунальной машины должен быть основан на информации о параметрах оборудования при его всесезонном, то есть круглогодичном использовании. Поэтому, исходя из тягово-скоростной характеристики шасси, полученной на
основании данных о режиме работы с каждым типом комплекта сменного оборудования, должно приниматься решение о выборе универсального колесного шасси, которое определяется не столько мощностью двигателя, сколько возможностью автоматического изменения скорости машины в зависимости от нагрузки на рабочем органе каждого типа. Очевидно, что одним из основных направлений развития коммунальной техники является создание специальных универсальных колесных шасси высокой производительности.
Если раньше под возможности конкретной трансмиссии подбирался возможный перечень навесного оборудования, то сегодня надо к характеристике оборудования подбирать трансмиссию, как при создании конкретной машины (автогрейдер, бульдозер и т.д.). Таким образом, современные исследования универсальных колесных шасси для коммунального хозяйства должны касаться создания шасси, пригодного для оснащения большим количеством различных по назначению типов оборудования.
Использование автомобилей и тракторов в качестве шасси коммунальной машины - отечественный и зарубежный опыт
Парк машин для механизации коммунальных работ в городах, например в Москве, характеризуется наличием большого количества различных моделей базовых шасси. Как показал анализ работ [4, 10, 14, 17, 32, 52, 60, 61, 69, 70; 81, 82, 85, 87, 89, 94, 95, 96, 109, 135] в настоящее время с этой целью используется выше пятидесяти наименований специализированной отечественной техники, выполненной на базе семи моделей автомобилей и восьми моделей тракторов общего назначения, не приспособленных к специфике коммунальных работ.
До недавнего времени практически единственной альтернативой было использование в качестве шасси для сменного оборудования колесного трактора. Наличие короткой базы и реверсивной трансмиссии с возможностью работы на малых скоростях позволяет применять его для уборки дворов и других стесненных территорий города. Шасси трактора имеет передний подрамник и заднюю систему навески, поэтому доработки требуют только вид крепежа навесного оборудования. Необходимость обеспечивать беспрерывный (при любой скорости машины) силовой поток, подводимый к рабочему оборудованию, требует создания нескольких гидравлических выходов для привода рабочих органов. Типичное оборудование коммунального трактора - это плужный (бульдозерный) отвал с металлическим или резиновым ножом, фронтальный погрузчик (спереди), цилиндрическая щетка, косилка (сзади) и фрезерно-роторный снегоочиститель.
Известны и популярны у коммунальных служб г. Москвы тракторы тяговых классов до 1,4 т производства заводов: Владимирского - тротуароуборочная машина ЗОА-80 КО; Липецкого - агрегаты на базе тракторов ЛТЗ-55 и ЛТЗ-60; Минского - модель МТЗ-320МК Представлена также техника Ташкентского тракторного завода. Навесное коммунальное оборудование для этих машин выпускается как производителями тракторов, так и сторонними компаниями [10, 87, 95].
Мини-тракторы класса 0,2 т представлены машинами КМЗ-012 ОАО "Кур-ганмашзавод" и Т-0,2.03 ("Уралец") ООО "ЧТЗ-Уралтрак". Наибольшим количеством навесных орудий (около 20) располагает КМЗ-12 "Уралец" в базовой комплектации оснащается метлой и отвалом, также имеются обычный и стреловой фронтальные погрузчики и роторный снегоочиститель.
Несмотря на широкий выбор техники на базе тракторов, в последние годы наблюдается тенденция оснащения коммунальных хозяйств машинами, рабо тающими в диапазоне рабочих скоростей от 0,5 до 10 км/ч, большая часть мощности двигателя которых идет на привод рабочих органов.
Прежде всего, это машины серии ПУМ ФГУП "Уралвагонзавод". Производство ПУМ-500 началось еще в 80-е годы. Несомненное достоинство техники УВЗ - наличие модельного ряда по грузоподъемности (от 500 до 1250 кг). Все разработанное навесное оборудование может быть установлено на любую из машин серии. Самая востребованная из моделей - ПУМ-500 (с дизелем HATZ), ПУМ-800 и ПУМ-1000 [96].
Аналогична по назначению многоцелевая коммунально-строительная машина МКСМ-800 ОАО "Курганмашзавод". Навесное оборудование, заменяемое при помощи быстродействующего зажима, позволяет использовать ее на погрузке, планировке, рытье траншей и ям, очистке территории, бурении. В зимний период колеса "обуваются" в гусеницы. МКСМ-800 разворачивается на месте благодаря независимому бесступенчатому изменению скоростей вращения гидромоторов, установленных в колесах. Машина оснащена дизелями HATZ-3M41, либо Zetor oM [87, 96].
Используемые в качестве базовых шасси серийные автомобили (типа ЗИЛ, ГАЗ, МАЗ, КАМАЗ) и колесные тракторы (типа МТЗ) не удовлетворяют целому ряду указанных выше требований. Для улучшения степени соответствия этих машин нуждам дорожногкоммунальных служб приходится значительно дорабатывать шасси таких машин в соответствии с требованиями, например: устанавливать ходоуменыпитель или демультипликатор (снегоочистители, косилки); усиливать рессоры (пескоразбрасыватели); устанавливать дополнительные средства для предохранения трансмиссии от перегрузок на малых скоростях движения (снегоочистители); устанавливать гидросистему обеспечения привода рабочего оборудования и для управления им; устанавливать в кабине управление всеми дополнительными,узлами, агрегатами и оборудованием.
Результатом доработки серийных автомобильных и тракторных шасси является создание специализированных машин, предназначенных для выполне ния ограниченного числа технологических операций по содержанию и ремонту городских территорий.
В настоящее время качественный состав парка отечественных коммунальных машин характеризуется наличием большого количества узкоспециализированной техники. Значительный удельный вес занимают общестроительные машины с производительностью (часто завышенной), не соответствующей годовым и разовым объемам работ, низкими маневренностью и транспортными скоростями. Структура парка отличается разномарочностыо, базовые машины разнотипны и, как правило, не имеют сменного рабочего оборудования, в связи с чем коэффициент использования специализированных машин крайне низок и составляет в среднем 0,2-0,3 [94].
В отечественной промышленности попытки создания специального шасси для коммунального хозяйства предпринимались неоднократно в последние десять лет [21, 32, 42, 54, 59, 63, 82, 87, 94, 125]. К сожалению, работы по созданию такой техники были приостановлены, да и возможный объем производства таких специальных колесных шасси ограничен. К тому же так и не были решены вопросы о необходимых параметрах и характеристиках таких машин.
Сбор и анализ исходных данных для составления матрицы опроса экспертов
Рациональный состав комплекта оборудования универсальной коммунальной машины выявляется на основании сравнения результатов ранжирования экспертных оценок и построения матрицы. Конкретизация решения по установлению рационального состава комплекта оборудования универсальной коммунальной машины производится по количественной оценке степени согласованности мнений экспертов. Сбор данных производится посредством проведения опроса экспертов. Главный инструмент опроса — анкета, которая должна соответствовать ряду нижеперечисленных требований [2, 28, 72, 110]: 1. Респондент должен хорошо понимать вопрос, на который должен ответить, поэтому анкета не должна содержать трудных слов и специальных терминов. Поэтому анкета не должна содержать незнакомых слов и терминов, вопросы должны быть легкими и иметь однозначный ответ. Формулировка вопросов на предмет понимания их респондентами должна специально проверяться при пробном тестировании. 2. Респондент должен иметь возможность ответить на вопрос, то есть вопросы должны касаться только имеющегося у респондента опыта. Вопросы не должны задаваться на уровне подсознания респондентов и должны учитывать ненадежность памяти респондентов. 3. Респондент должен иметь желание давать откровенные и правильные ответы. Это требование заключается в том, что вопросы не должны носить ярко выраженного личного характера. Число вопросов должно быть разумным. На основе перечисленных требований мы создали анкету - опросный лист. В анкете перечислены всевозможные типы рабочего оборудования и их комби-нация по видам работ. Эксперт оценивает приоритетность каждого типа оборудования. Для получения достоверных результатов проводилась инструктирование каждого эксперта.
Опрос проводился в трех группах респондентов. Первая группа состояла из специалистов эксплуатационных служб г. Москвы: ООО "МКАД-СЕРВИС" - 5 человек, ЗАО "Фирма "Инфраструктура" - 4 человека и ООО "Дорсервис-строй" - 2 человека. Вторая группа - это конструктора дорожно-строительной техники: МАДИ (ГТУ) - 7 человек и ЗАО "ВНИИстройдормаш" - 3 человека. Третья группа - специалисты по продажам дорожно-строительной техники, в нее вошли сотрудники фирмы ООО "КОММАШ", компании "ТЕХИНКОМ", представительства фирмы "Terra" (Германия) "Terra-mobile", представительства фирмы "Liebherr" (Германия) ООО "Либхер-Русланд", представительства фирмы "Schmidt" (Германия) ООО "Грюнберг". Опрос каждого эксперта проводился автором. Особое внимание было уделено второму этапу исследования. Это связано с тем, что перечень рабочего оборудования, рассмотренный на первом этапе исследования, был проанализирован и дополнен с учетом мнений каждого эксперта. Повторный опрос позволил каждому эксперту более тщательно оценить каждый тип оборудования с учетом дополнений и выявить основные параметры некоторых из них. В результате первого этапа экспертного исследования по каждой группе специалистов составлена матрица опроса экспертов в каждой группе, которые представлены в табл. 2.3, 2.4 и 2.5. После сбора анкетных данных проводилась обработка результатов экспертного исследования, которая для обеспечения высокой достоверности осуществлялась в два этапа. I этап.
Обработка анкетных данных в I, II и III группах специалистов по 10 человек в каждой. Определение коэффициента конкордации для выявления согласованности экспертов в каждой группе. II этап. В каждой группе выявлено по 5 специалистов мнение которых оценивается в дальнейшем с учетом ранжирования экспертов по их должности, ученой степени и званию. Используя метод простого ранжирования, заключающийся в том, что каждый эксперт оценивает каждый тип рабочего оборудования по предпочтению, получаем результаты I этапа исследования. Обработка анкетных данных в I, II и III группах специалистов по 10 чело век в каждой позволила определить коэффициент конкордации, который показал величину разногласия экспертов в каждой группе: Wi = 0,0024, Wn = 0,0026, W„i = 0,0020. Как видно наименьший коэффициент конкордации у специалистов по продажам дорожно-строительной техники, а наибольший — у конструкторов до-рожно-строительной техники. Максимальная точность результатов исследования достигается отсеиванием экспертов (рис. 2.2, 2.3, 2.4). Определены значения коэффициента конкордации для каждой группы экспертов, которые составили: Wi = 0,0006, W„ = 0,0008, Win = 0,0008. В результате I этапа, в каждой группе, выявлено по 5 наиболее компетентных специалистов, на основании меры согласованности их мнений. На II этапе произведена обработка мнений наиболее значимых специалистов в каждой группе, мнение которых оценивается с учетом ранжирования экспертов по их должности, ученой степени и званию табл. 2.5. Результатом экспертного исследования является бальная оценка необходимости каждого из 41 типа рабочего оборудования (рис. 2.5). Максимальный балл - более 180 - у единственного оборудования - снежный плуг. Выше 160 баллов набрали такие типы оборудования, как: скоростной отвал, цилиндрическая и коническая щетки, оборудование самосвала, а также оборудование для мойки дорог. Балл 140 и выше добавляет к перечисленным фрезерно-роторное оборудование, боковую щетку, загрузку снега элеваторную и щеточную, распределитель жидких реагентов, прицепную снеготаялку, погрузочное оборудование, каналопромывочное, поливочное, оборудование пылесоса с рукавом, оборудование кустореза и косилки, оборудование для монтажа столбиков, бульдозерный отвал, мусоровоз. Менее 100 баллов имеют оборудование для скола льда, оборудование люльки, илососное оборудование.
Формирование инженерного метода расчета тягово-скоростной характеристики и примеры его использования для оборудования снежного плуга
По результатам экспертного исследования нами выделен снежный плуг как один из наиболее необходимых типов рабочего оборудования, используемых при содержании территорий города в условиях Средней полосы России (см. главу 2).
Рассмотрим возможные режимы работы специального колесного шасси с оборудованием снежного плуга. Тягово-скоростной диапазон работы машины напрямую зависит от высоты и свойств снежного покрова, а также от температуры воздуха. Выделим основные режимы работы машины с оборудованием снежного плуга. Скоростные диапазоны примем на основе существующих ис-следований [116]. Тяговый диапазон определяем расчетным путем, выявляя сопротивления, возникающие при работе машины с оборудованием снежного плуга, по методике Баловнева В. И. [15].
Снег предполагает широкий скоростной диапазон работы техники, так как уборка производится с максимальной скоростью на широких проспектах и магистралях и минимальной - в стесненных условиях. Скорость снегоочистки зависит также от высоты снежного покрова и его плотности. Свежевыпавший снег предполагает скорость 5-20 км/ч , плотность 10-200 кг/м , высоту 1-10 см. Свежевыпавший слабоуплотненный снег предполагает скорость 5-20 км/ч , плотность 200-300 кг/м3 , высоту 10-20 см . Уплотненный снег предполагает скорость 5-15 км/ч , плотность 300-400 кг/м3, высоту 20-40 см . Слежавшийся снег предполагает скорость 5-10 км/ч , плотность 10-200 кг/м , высоту 50 см .В каждом случае необходимо учесть температуру воздуха. Для средней полосы России возьмем 0С, -5 С и -10С.
Исходными параметрами к расчету будут размеры специального шасси (см. рис. 3.3), а на основе характеристик рабочего оборудования и параметров импортных аналогов принимаем размеры рабочих органов. Примем параметры плуга исходя из необходимых конструктивных параметров специального шасси: высота - 0,8 м, длина - 2,2 м.
Основными нагрузками, от которых зависит напряженное состояние основных узлов специального шасси с оборудованием для перемещения снега, являются силы его взаимодействия с внешней средой [15]. К числу этих сил относятся: силы тяжести, компоненты сопротивления резанию снега (нормальная и касательная), нормальная и касательная реакции на ведущих мостах шасси. Кроме того, в процессе неустановившегося движения возникают силы инерции, причиной появления которых является возрастание сопротивлений на рабочем органе и связанное с этим замедление движения шасси. Поэтому силы инерции направлены в сторону движения машины, а на рабочем органе возникают равные, но противоположные по направлениям реакции со стороны разрабатываемого материала. Расчетное значение сопротивления резанию снега может быть больше максимального статического сопротивления.
Место приложения сопротивления резанию на рабочем органе изменяется в процессе работы. Нормальная составляющая может быть направлена и вверх и вниз. В расчетах следует принимать во внимание тот случай, который соответствует наиболее опасным условиям нагружения специального шасси. Наименее благоприятным случаем для условий работы следует принимать сосредоточенное действие касательной составляющей на режущей кромке рабочего органа, что вполне возможно при его встрече с твердым препятствием. Работа специального шасси с фронтальным рабочим оборудованием, таким как снежный плуг, характеризуется изменением нагрузок на мосты и их перераспределением, а также сопряжена с полной реализацией тяговых усилий.
Сопротивления перемещению при работе с оборудованием снежного плуга рассчитываем по формуле [15, 56, 116]:
При расчете тягового сопротивления, которое должно обеспечивать специальное шасси, необходимо суммировать сопротивления: сопротивление снега резанию W =10 -К В h, Н; сопротивление, возникающее в результате трения призмы волочения о поверхность снежного массива перед плугом (в проекции на ось движения ма - инерционное сопротивление снега, возникающее при переходе его от состояния покоя в массиве к движению с абсолютной скоростью в призме во лочения (с учётом скорости соскальзывания снега с отвала в боковой валик) - сопротивление подъёму вырезаемой отвалом из массива стружки снега вверх по отвалу (перемещение призмы вдоль отвала в проекции на ось движе ния машины) Выше обозначено: К и - удельное сопротивление снега резанию, Н; В — ширина резания снега отвалом: В = 1 sinq), м; 1 - длина отвала, м; ф - угол установки отвала в плане, град; h — толщина снежного покрова, м; 5 - угол внешнего трения снега по металлу характеризует отношение силы его трения о стальные элементы рабочих органов снегоуборочных машин к силам нормального давления на указанные поверхности (эквивалентом угла 5 является коэффициент внешнего трения f = tg5 ); р - угол внутреннего трения снега (эквивалентом угла р является коэффициент внутреннего трения f =tgp); WH - сила инерции, которая равномерно распределена по ширине захвата отвала В и поэтому действует через призму волочения на середину отвала, вдоль оси движения машины: W = ———- V2, Н; W действует только на призму волочения в направлении её относительного движения и не передаётся на отвал, вследствие чего не учитывается ни в суммарном тяговом сопротивлении W , ни в действующей на отвал боковой силе. Эта касательная составляющая частично уравновешивается реактивной силой инерции, действующей на призму при её сходе с отвала, а частично — силой трения призмы волочения по отвалу под действием нормальных к нему инерционных сил. Нормаль силы Рн на лобовую поверхность ножа плуга равна Рн sinoc. Сопротивление подъёму стружки снега на поверхность ножа равно сумме сил трения нижней поверхности этой стружки по ножу Рн sin а tg. Из перечисленных показателей большинство не имеют постоянного значения и варьируются в пределах изменения параметров, в которых производится данный вид работы (температура воздуха, параметры оборудования, внешние воздействия, параметры рабочей среды): Kej=var; ф=уаГ; h = vai; y = var;
Исследование тягово-скоростной характеристики гидродинамической трансмиссии
Рассмотрим тягово-скоростную характеристику МДКУ с гидродинамической составляющей. Построение тягово-скоростной характеристики многофункциональной коммунальной машины с гидродинамической передачей проводим на основе кинематической схемы, представленной на рис 4.5. Для построения тяговой характеристики передачи с гидродинамической составляющей необходимо определить скорость машины и силу тяги на каждой передаче. Скорость машины на 1—ОР передаче: _ Сила тяги на колесах: Передаточные числа фрикционной коробки передач представлены в табл. 4.3. Передаточное число переднего и заднего мостов одинаковые: і = 7,341. Колеса машины - шина 260R508 - со статическим радиусом колеса: R = 0,481 м. Результаты расчетов формул (4.5) - (4.6) сводим в табл. 4.4. По полученным значениям параметров строим реальную тягово-скоростную характеристику МДКУ с гидродинамической трансмиссией (рис. 4.6). Полученную характеристику совместим с математической моделью тяго-во-скоростных режимов работы многофункциональной коммунальной машины и получим схему, по которой можно оценить насколько данная трансмиссия сможет обеспечить работу каждого типа оборудования из рассматриваемого перечня (рис 4.7). Результаты анализа рабочего диапазона трансмиссии с гидродинамической составляющей.
Как видно из рис.4.7, реальная тягово-скоростная гидродинамическая трансмиссия не полностью покрывают разработанную математическую модель, которая является, по нашим изысканиям, идеальной тягово-скоростной характеристикой универсальной коммунальной машины. Испытаниям подвергаются два экспериментальных образца специального шасси многофункциональной коммунальной машины МДКУ, один - с гидродинамической составляющей, другой - с гидрообъемной. Объективность выбора оптимизируемых параметров и принятие числовых значений системы ограничений при проведении опытов существенно зависят от правильного выбора основных и вспомогательных параметров многофункциональной машины для коммунального хозяйства. Эксперимент проводился зимой в конце декабря 2002 года 18 и 21 числа при участии конструкторов ЗАО "ВНИИстройдормаш". Эксперименты проводились при температуре воздуха - 7 С , после сильного снегопада, с навесным рабочим оборудованием - снежный плуг (рис 4.8). Снег сухой, свежевыпавший с объемной массой 0,12 кг/см . Проводилось по 10 замеров максимальной скорости той и другой трансмиссии с учетом полного набора снега на плуг (рис 4.9). Также производился замер высоты и длины призмы волочения. Измеряемые параметры: максимальная скорость движения и размер призмы волочения (высота и длина). Рассматриваем работу гидродинамической трансмиссии без включения ходоуменьшителя.
Погрешность измерения скорости ± 2 км/ч, призмы волочения ± 0,01 м.). Для измерения параметров шасси мы воспользуемся как приборами, находящимися в кабине водителя - спидометр, так и дополнительными — рулетка. В эксперименте рассчитываем, вес призмы волочения исходя из высоты и длины снега перед отвалом (рис. 4.9). Результаты эксперимента представлены в табл. 4.7 - для гидродинамической трансмиссии, в табл. 4.8 - для гидрообъемной. Сравнение результатов эксперимента с теоретическими значениями тягово-скоростной характеристики трансмиссий - представлены на рис. 4.10 - для гидродинамической трансмиссии, на рис. 4.11 - для гидрообъемной. где: h - высота призмы волочения; 1сн - длина призмы волочения. Результаты экспериментов говорят о том, что математическая модель тягово-скоростных режимов работы (снежного плуга) соответствует реальной, то есть результаты эксперимента находятся в области значений тягово-скоростных параметров математической модели. Обозначено: 1 - рабочий диапазон; 2 - транспортный диапазон, 3 - идеальная тягово-скоростная характеристика; 4 - область работы оборудования снежный плуг; 5 - экспериментальные значения ( ).
