Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор исследований и достижений практики работ в области универсальных коммунальных машин для содержания территорий города 9
1.1. Анализ нормативных документов по зимнему содержанию по верхностей дорог. 9
1.2. Обзор методов удаления снега с поверхности дорог 16
1.3 Выбор критерия эффективности работы коммунальных машин 20
1.4. Тягово-скоростные свойства и уравнения движения базового автомобиля 22
1.5. Анализ существующих методик расчета, выбора и оптимизации передаточных чисел трансмиссии 27
1.6. Цель и задачи исследования 37
2. Методика расчёта показателя эффективности работы базового шасси коммунальной техники 39
2.1. Выбор показателей для оптимизации эксплуатационных свойств коммунальных машин 39
2.2. Оценка эффективности работы существующих коммунальных машин в циклах 45
2.3. Аналитические зависимости для расчета показателей эффективности применения коммунальных машин 57
Выводы по главе 73
3. Методика расчёта показателя эффективности работы базового шасси коммунальной техники в зимний период
3 3.1. Закономерности скорости формирования снежного покрова на автомобильных дорогах 74
3.2 Закономерности изменения величины нагрузки на рабочем органе при удалении снежного покрова 82
3.3. Влияние толщины свежевыпавшего снежного покрова на мощность, затрачиваемую на его удаление 85
3.4. Методика определения рациональной величины передаточного отношения трансмиссии снегоуборочных машин 90
Выводы по главе 92
4. Экспериментальные исследования, эффективности работы базовых автомобилей, работающих в качестве снегоуборочной техники в дорожныхусловиях 94
4.1 Методика определения величины усилия на плужном рабочем органе, с учётом его колебаний относительно базовой машины 94
4.2. Исследование топливной экономичности базовых машин коммунальной техники 102
4.3. Сравнение расчетных и экспериментальных значений показателей топливной экономичности коммунальных машин
4.4 Оценка адекватности математической модели расхода топлива коммунальной машины . 110
4.5 Изменение энергетических характеристик удаления снега при применении трансмиссии коммунальных машин с рекомендованными параметрами 117
Выводы по главе 122
Общие выводы по работе 124
Библиографический список
- Обзор методов удаления снега с поверхности дорог
- Оценка эффективности работы существующих коммунальных машин в циклах
- Влияние толщины свежевыпавшего снежного покрова на мощность, затрачиваемую на его удаление
- Оценка адекватности математической модели расхода топлива коммунальной машины
Введение к работе
Актуальность проблемы. Потребность в машинах для производства работ по содержанию и ремонту территорий города возрастает пропорционально росту дорожной сети и увеличению интенсивности дорожного движения. При сохранении современного роста парка машин в Российской Федерации, эта потребности к 2020 году потребует увеличить парк коммунальных машин на 40%, на что в настоящее время нет ни средств ни трудовых ресурсов. Важным моментом при проектировании коммунальных машин является расчет эффективности их применения с различными видами навесного рабочего оборудования. При этом под эффективностью следует понимать обобщающий показатель, характеризующий отношение результатов деятельности к затратам на их получение. Анализ существующей ситуации в области конструирования коммунальных машин показывает, что повышение эффективности их работы может быть достигнуто за счет усовершенствования конструкции трансмиссии, что является актуальной научной задачей.
Степень разработанности темы исследования. При проектировании и выборе снегоуборочных машин встаёт вопрос об эффективности использования той или иной машины. В настоящее время разработаны методики выбора конструктивных параметров базовых машин на основании критериев эффективности использования транспортных машин. Однако данные методики используют зависимости, разработанные для транспортных машин, не учитывающих дополнительное потребление энергии со стороны рабочих органов. При этом, разработанные ранее математические модели учитывают в основном взаимодействия рабочих органов с очищаемой поверхностью, но недостаточно учитывают влияние трансмиссии. Поэтому, разработка методики выбора конструкционных параметров трансмиссий, обеспечивающих эффективность работы снегоуборочных машин, представляется важной исследовательской задачей, решение которой позволит модернизировать существующие и создавать новые коммунальные машины с более высоким уровнем эффективности.
Цель исследований. Разработка методики выбора конструкционных параметров трансмиссий снегоуборочных машин на основе оценки эффективности их работы.
Объекты исследований. В качестве объектов исследования выбирались коммунальные автомобили с плужным рабочим оборудованием, работающим на дорогах в зимний период г. Н. Новгорода (ПМ-130, КО-829, и др.). Выбор широкого спектра машин позволил оценить влияние на процесс зимнего содержания дорог таких характеристик базовой машины, как её геометрические размеры и масса.
Общая методология исследований. В теоретической части работы применены методы математической статистики, методы нелинейного программирования и математического моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях, на коммунальных машинах раз-
личного назначения. Результаты экспериментальных исследований регистрировались с использованием персонального компьютера, оснащённого аналого-цифровым преобразователем. Теоретические исследования производились при помощи стандартных пакетов программ для ПК: Mathcad 2000, MATLAB, EXСEL.
Экспериментальные исследования проводились на серийно выпускаемых машинах, использующихся для ремонта и содержания дорог.
Научная новизна
-
Модернизирован критерий эффективности работы машин, отличающейся учётом толщины удаляемого снега и оценкой вероятности данного события.
-
Выявлены наиболее распространённые режимы работы снегоуборочных машин, отличающиеся учётом климатической зоны и составом парка коммунальных машин.
-
Разработана методика определения расхода топлива базового автомобиля, выполняющего на дороге ту или иную технологическую операцию, отличающаяся учётом данных, получаемых по диагностическому протоколу OBD II (в соответствии с требованиями ЕЭК ООН 49-05).
-
Разработана методика выбора конструкционных параметров трансмиссий коммунальных машин, отличающаяся учётом коэффициента эффективности их применения.
Основные положения, выносимые на защиту
Из теоретических разработок – методика выбора передаточных чисел трансмиссии, обеспечивающих максимальную эффективность использования снегоуборочной техники; методика определения расхода топлива базового автомобиля, выполняющего на дороге ту или иную технологическую операцию при помощи данных, получаемых по диагностическому протоколу OBD II.
Из научно-технических разработок – практические рекомендации по улучшению показателей эксплуатационных свойств и совершенствованию конструкций исследованных автомобилей, предназначенных для работы в коммунальном хозяйстве.
Достоверность результатов
Проведенный комплекс экспериментальных исследований на серийных машинах, принимающих непосредственное участие в содержании дорог, подтвердил основные теоретические положения, методы и средства повышения эффективности работы машин путём рационального подбора передаточных чисел трансмиссии.
Практическая ценность
Состоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов, практических рекомендаций при совершенствовании существующих и создании новых конструкций машин, предназначенных для зимнего содержания автомобильных дорог.
Реализация работы
Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме дис-
сертации внедрены на предприятия ОАО «МАНН», ООО «Машиностроительный инжиниринговый центр», Министерстве транспорта Нижегородской области. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Строительные и дорожные машины» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Апробация работы
Отдельные результаты и основные положения докладывались на Международной научно-технической конференции, посвящённой 70-летию каф. «Автомобили и тракторы» (г. Н. Новгород, 2010 г.), на научно-практической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (г. Н. Новгород, 2011 г.), на III Международной научно-практической конференции, по-свящённой 40-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» (г. Н. Новгород, 2012 г.), на 79-й Международной научно-практической конференции, посвящённой 95-летию Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (г. Н. Новгород, 2013 г.), на 12-й Международной молодёжной научно-технической конференции (г. Н. Новгород 2013 г.), на 87-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров «Эксплуатационная безопасность автотранспортных средств» ИНЕРСТОЙМЕХ 2015 (г. Казань, 2015 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 научных работ: 3 статьи в журналах, входящих в Перечень российских рецензируемых журналов рекомендованных ВАК РФ; 3 статьи – в журналах, не входящих в данный перечень; 2 тезиса научных докладов. Общий объём опубликованного материала, принадлежащий автору, составляет 1,2 п.л.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и четырёх приложений. Содержит 139 страниц основного компьютерного текста, 46 рисунков, 12 таблиц, библиографии из 140 наименований и приложений на 25 страницах.
Обзор методов удаления снега с поверхности дорог
Наиболее широкое распространение получили механические способы разработки льда и снега, основанные на разрушении снежно-ледовых образований рабочим органом.
По типу рабочего органа механические способы делятся на: плужный, когда свежевыпавший снег удаляется с обрабатываемой поверхности при помощи отвала. Удаление уплотнённого снега и льда возможно только при установке специальных ножей. Обеспечивает значительную произво - 17 дительность, удаляя основную массу снега, однако часть снега остаётся на полосе и требует уборки другими рабочими органами. Кроме того, удаление снега в сторону происходит только на ширину отвала;. роторные, когда снег разрабатывается при помощи вращающихся роторов и удаляется на значительное расстояние при помощи насоса метателя; фрезерные, предназначенные для разрушения снежных образований большой плотности и льда вращающимися ножами; щёточные, предназначенные для удаления разрушенного материала как после механического так и после химического воздействия.
Исторически сложилось так, что основой создания резания льда и снега послужили достижения в области разработки грунтов. Поэтому для создания целостной картины необходимо рассмотреть совместные достижения в обеих отраслях знаний.
Следует отметить, что подробных исследований процессов взаимодействия рабочих органов со снежным покровом до настоящего времени не проводилось. В результате чего некоторые исследователи, например С.Г. Мирзоян [37], для оценки влияния параметров снежного покрова на отвал снегоуборочной техники вынуждены прибегать исключительно к экспериментальным исследованиям, даже не предпринимая попытки каким либо образом теоретически обобщить полученные данные. Другие исследователи, такие как СЮ. Маленков [37], ограничивали свои исследования крайне узким диапазоном изменения параметров снега. Так указанный автор рассматривал только вопросы, связанные с удалением све-жевыпавшего снега плотностью 100-150 кг/м3 и толщиной 0,01-0,05 метра.
Исследования резания снега рабочим органом, проведённое А.М. Соколовым и Ю.И. Молевым [36,37], является продолжением работ В.П. Горячкина, А.Н. Зеленина, Ю.А. Ветрова и Н.Г. Домбровского. Результат, представленный автором в виде выражения 1.3 явился следствием проведения огромного количества экспериментальных работ. Такой подход к исследованию процесса разрушения снега винтовой лопастью делает полученные результаты достоверными в плане прове - 18 дения инженерных тяговых расчётов и малопригодными для совершенствования конструкций, так как полученные эмпирические коэффициенты не связаны с реально протекающими в забое процессами разрушения: P f m а В у x (1 1) Ф где РЭ - эталонная сила резания ножом с углом навивки лопасти - 300, углом захвата - 900, при толщине стружки - 0,01м и ширине - 0,1м; С - толщина стружки, соответствующая повороту ножа на угол V/ по дуге резания; степенной коэффициент, равный - 0,4; аквкгкх - эмпирические коэффициенты, зависящие соответственно от угла резания, ширины стружки, угла установки ножа в плане и плотности грунта, характеризуемой числом ударника ДОРНИИ.
Для снежного покрова Д.А. Шалман [59] предложил следующую зависимость изменения силы резания шнека от толщины стружки: к (1.2) 0,7 р2 y1 + tCH В і 0,4 О где р - плотность снега, а tCH – модуль его температуры. Мощность, расходуемая на разрушение и перемещение снежного массива может быть найдена из выражения:
N = (P + PP)V. (1.3)
Так как винтовой (шнековый) питатель работает совместно с роторным метателем, то естественно, что ряд авторов, таких как В.И. Баловнев [7,8], Л.Г. Ка-рабан [33-35] и другие [37] рассматривали движение материальной частицы по лопасти ротора, обладающей различными геометрическими параметрами, с целью определения оптимального угла разгрузки ротора, длины лопасти и минимизации энергозатрат. При этом авторами рассматриваются два случая движения снега по лопасти ротора : в виде не связанных между собой частиц и в виде крупнокусковых образований.
Рядом авторов [40,41] выполнены научно-исследовательские работы, по-свящённые разработке тягового расчёта винтового питателя. Представленный в работах экспериментальный материал и, полученные на его основе эмпирические формулы, являются значительным вкладом в создание общей теории взаимодействия рабочего органа снегоуборочной машины с разрабатываемой средой. Однако, отсутствие связи между эмпирическими коэффициентами и реальными процессами, протекающими между рабочим органом и снегом не позволяют перейти от количественной оценки предлагаемых конструкций к процессу совершенствования процесса удаления снега с поверхности дорог.
Отдельный раздел научных исследований посвящён работе щёточного рабочего органа. Применение щёточного рабочего оборудования приводит к постоянной деформации режущего и экстрадирующего элемента, отклонение его от кругового движения [37]: ivlj p 2-1 TP(SPi )(H У(РІ ) — POsinri) "" PEjSPi )(H .Иг/ ) — POsinri ),(1. 4) где ф - угол поворота элемента ворса, S - его длина, у - величина деформации ворса, ZРО - величина вертикальных колебаний рабочего органа. Согласно исследованиям В.И. Баловнева [7-8], энергозатраты, связанные с процессом удаления снега щёточным рабочим органом, могут быть определены из выражения: Ядеф= 1t8 (S-УкУЯфр=РТР ГФР . (1.5) При этом начальная скорость отбрасывания смёта: Vc = 1,5CDR +1,6. (1.6)
В настоящее время продолжается процесс совершенствования существующих и создание новых снегоуборочных машин. Обзор открытых публикаций, появившихся за последние 3 года выявил следующие основные тенденции развития ледорезных машин: - 20 1. Дальнейшее развитие получило традиционное направление совершенствование снегоуборочных машин, имеющее целью повышение их производительности. При этом модернизации подвергается не только рабочий орган, но и движитель. 2. Сформировалось новое направление совершенствование конструкций машин, базирующееся на совмещении функций различных механизмов уборочных машин. Данное направление является очень перспективным, т.к. предлагаемые модернизации позволяют исключить из конструкции машины целые механизмы, что приводит к снижению металлоёмкости машины, а, следовательно, к снижению энергозатрат на перемещение машины и обработки поверхности.
Оценка эффективности работы существующих коммунальных машин в циклах
Большинство современных методик ориентировано на улучшение показателей определенного класса свойств, например, только тягово-скоростных или только топливной экономичности. Исходными данными для расчета по этим методикам являются: абсолютный скоростной диапазон - максимальная Vamax и минимально-устойчивая Vamin скорости движения автомобилей; максимальное дорожное сопротивление на первой ц/тах и высшей передачах i//e; относительный скоростной диапазон Dv = Vamax / Vamin; параметры внешней скоростной характеристики двигателя; снаряженная и полная масса автомобиля и ее распределение по осям; размер шин.
Для автомобилей выполненных по схеме сцепление - коробка передач - раздаточная коробка - карданные передачи - главные передачи, первоначально определяется передаточное число главной передачи [31]. Существуют два принципиальных подхода к выбору передаточного числа главной передачи, когда максимальная скорость автомобиля достигается на высшей передаче, и когда - на предшествующей, а высшая используется для уменьшения расхода топлива при движении ненагруженного автомобиля: Uo = 0,377-rk-nev/fUk-Upe-Vamax), (1.14) где nev - обороты двигателя при максимальной скорости; Uk и Up - кинематические передаточные числа соответственно высшей (предшествующей) передачи коробки передач и высшей передачи в раздаточной коробке.
Мощность двигателя Pev, кВт, необходимая для движения автомобиля со скоростью Vamax определяется по формуле: P ev = Wv -Ga +0,5-Cx рв-Ав -Fa2max /3,62) m3ax , (1.15) 3,6-10 -rj где i//j/ - суммарный коэффициент дорожного сопротивления движению автомобиля со скоростью Vamax, км/ч.
Потребная мощность не должна быть больше эффективной, которую должен развить двигатель (с учетом затрат энергии на привод вспомогательных агрегатов). Выбор параметров механических коробок передач, скомпонованных на базе использования зубчатых колес, начинается с определения кинематического передаточного числа первой передачи, вычисляемого по уравнению: Ukl = Wmax Ga-Гд / (Meynax-UpH-Uo-r]mp), (116) где UpH - кинематическое передаточное число раздаточной коробки на низшей передаче; Гд - динамический радиус колеса. Максимальная величина суммарного дорожного сопротивления принимается Щпах = 0,3… 0,5.
Для грузовых автомобилей и тяговых машин Uki определяют из условия полно использования силы сцепления ведущих колес дорогой Uk1m= , (1.17) где рх - коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой, рх = 0,6… 0,8; тсц -сцепной вес автомобиля. Для полноприводного автомобиля тсц = та, для автомобиля с задними ведущими колесами тсц = wiR2 vna2, с передними колесами тсц = WIRI та]. В этих выражениях та\ и та2 - часть полной массы автомобиля, приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю ось; WIRI и TUR2 - коэффициенты изменения нормальных реакций. При разгоне на низшей передаче в трансмиссии принимают MRI = 0,8…0,9; mR2 = 1,1…1,3.
Условием отсутствия буксования колес служит неравенство Umpmax Ump(p Кинематическое передаточное число UMV машин, предназначенных для выполнения технологических операций (например, посадки рассады), находится из условия обеспечения ползучих скоростей порядка Vamin = 0,65…1,1 км/ч по уравнению: ТТ _ 0,377-гк-пеmin иk1v 71 , (1.18) У г, a min где nemin - минимально устойчивые рабочие обороты двигателя, об/мин. Определение передаточных чисел коробки передач на промежуточных передачах [7 производится по одному из следующих методов: 1) геометрическому ряду; 2) гармоническому ряду; 3) арифметическому ряду.
В основу первого метода положено условие постоянство скоростного интервала двигателя (соеі - сое2) , используемого при разгоне на различных передачах (рис. 1.1). Соблюдение этого условия (пренебрегая снижением скорости при переключении) обеспечивает равенство скоростей движения в конце разгона на данной передаче и в начале на последующей. Анализ указанного условия приводит к соотношениям: 1 = 2 = ... = 1) = ... = ( 1) = 2 = . (1.19) UK2 ик3 UKm UKn сое1 Данный ряд представляет собой геометрическую прогрессию с показателем q. Уравнение для определения передаточного числа промежуточной передачи можно представить в общем виде: U кт =— , где т - порядковый номер передачи. (1.20) Если известен относительный диапазон кинематических передаточных чисел d = UKi / UKn и число ступеней п, то показатель q можно определить по уравнению: q = "-1d . Тогда передаточное число промежуточной передачи можно записать: UKm = "1 J к1 и к или Uxm = " . (1.21) л1а По параметрам d и q можно найти число ступеней: п = 1 + ln d / ln q. При этом величину п необходимо округлить до ближайшего целого числа.
Влияние толщины свежевыпавшего снежного покрова на мощность, затрачиваемую на его удаление
Экологические нормы, ограничивающие применение тех или иных конструкций двигателя, действующие в Российской Федерации с 21 века привели к тому, что управление подачей топлива в настоящее время осуществляется с использованием электронной системы управления впрыском и системой диагностирования состояния двигателя. Так, наиболее распространённым типом диагностического протокола обмена данных является протокол OBD II, позволяющий в реальном времени считывать и записывать многие параметры работы двигателя из которых, для определения расхода топлива, важнейшими будут расход воздуха для бензиновых автомобилей и нагрузка на двигатель для дизельных двигателей. Так как в настоящее время бензиновые двигатели на базовых машинах осуществляющих содержание дорог практически не применяются, то в данном исследовании мы будем рассматривать только дизельные двигатели.
Характерной особенностью работы двигателей данного типа является работа в условиях обеднённой топливо-воздушной смеси, когда необходимая мощность двигателя достигается объёмом впрыснутого топлива. Данный факт позволил сделать предположение о прямопропорциональной зависимости расхода топлива от коэффициента использования топлива [140]. Проверка данного вывода, проводилась с использованием автомобиля ГАЗель NEXT, оборудованным как диагностическим сканером, так и расходомер топлива DFL3x-5bar.
Примеры записи полученных данных с использованием расходомера топлива DFL3x-5bar показаны на рисунках 2.4 и 2.5, а также его среднее значение при работе на прогретом двигателе на холостом ходу. Данные, полученные по протоколу OBD II показаны на рисунке 2.6.
Сравнение полученных данных позволяет сделать однозначный вывод о том, что за счёт большей частоты получения данных, колебания величин мгновенного расхода топлива получаемых по протоколу OBD II примерно в 1,5 раза ниже, чем с использованием расходомера топлива DFL3x-5bar. Сравнение изменения показаний расхода топлива с использованием расходомера DFL3x-5bar показаны на рисунке 2.7, а по протоколу OBD II показаны на рисунке 2.8.
Однако, сделать однозначный вывод о том, что применение расходомера DFL3x-5bar по сравнению с диагностическим сканером, не представляется возможным, так как в диапазоне измерения расхода топлива до 10 секунд оба метода дают не приемлемые результаты (суммарная погрешность измерения превышает 10%). При этом точность измерения диагностическим сканером при длительности замеров в диапазоне от 20 до 30 секунд становится выше, чем у расходомера DFL3x-5bar (см. рис. 2.9 и 2.10).
На рисунке 2.11. показана зависимость расхода топлива от процента использования мощности двигателя автомобиля ГАЗель NEXT. Полученные данные однозначно свидетельствуют о том, что получение прямо пропорциональной зависимости, позволяющей описывать изменение расхода топлива на всём рабочем диапазоне двигателя не существует. На рисунке 2.11 приведено изменение топлива в зависимости от такого параметра как произведение расхода воздуха на коэффициент использования мощности двигателя. Полученные данные однозначно свидетельствуют о том, что и для данного параметра прямо пропорциональной зависимости, позволяющей описывать изменение расхода топлива на всём рабочем диапазоне двигателя не существует.
Зависимость необходимого изменения числа опытов для достижения заданной точности результатов с использованием с использованием данных, полученных по протоколу OBD II (величина 1 соответствует отсутствию необходимости менять число опытов); 1 – для точности результатов, равной 10%; 2 – для точности результатов, равной 5%; 3 – для точности результатов, равных 1%; 4 – линия, отмечающая отсутствие необходимости изменять количество опытов В настоящее время все автомобильные двигатели оснащаются системой автоматической самодиагностики, позволяющей производить запись и анализ данных, характеризующих состояние двигателя в реальном режиме времени (частота дискредитации потока данных по наиболее распространённому диагностическому протоколу OBD II составляет 1 секунду). Однако, такого важного параметра как расход топлива в общем протоколе обмена данных не имеется.
Оценка адекватности математической модели расхода топлива коммунальной машины
В зависимости от интенсивности выпадения снега (за счёт снегопадов или метелевых переносов), температуры, а также мощности транспортного потока, дороги, в зимний период, характеризуются различными поверхностями, с которыми взаимодействуют движители и рабочее оборудование специальных транспорт-но-технологических машин. Они представляют собой сложные пространственные системы, обладающими тремя основными характеристиками, определяющими их свойства: опорной прочностью, адгезией и геометрической формой. Разрушение которых требует применение различных усилий, а следовательно и затрату различной мощности. Поэтому применение только одного значения в 37 кВт является неоправданно огрублённой моделью взаимодействия коммунальной машины со снежным покровом.
Динамика начала и дальнейшего развития разрушения материала полотна пути перед рабочим органом определяются типом разрушения и топологией строения локальной среды опорного основания. Влияние топологии строения локальной среды полотна пути на пластическое деформирование характеризуется тремя факторами: 1) на деформацию могут влиять неоднородности напряженного состояния, вызванные отражением и взаимодействием волн напряжений, 2) пластическое деформирование почти не связанно с объемным деформированием, поэтому изменение конфигурации среды должно начинаться на свободной поверхности; 3) разрушение при динамическом нагружении часто приводит к пластическим деформациям, которые являются результатом относительного движения различных частей среды при разрушении.
Горизонтальную составляющую перемещению призмы волочения снега обычно определяют исходя из уравнения [102,108]: WrПР = Р(х,y)[sin(arctg()) + tgOcos(arctg()))y1 + 2dY . (3.11), - 86 где Р(х,у) - величина давления снега на отвал, hПР - высота призмы волочения, С, -вертикальный угол установки отвала, Ф - поперечный угол установки отвала. Тогда вертикальная составляющая сопротивления перемещению снега, с учетом силы трения ножа по снегу будет найдена из выражения: WBUP = \ Р(х,y)[sin(arctg()) + tg0cos(arctg()))],1 + 2dY + tg0pBhflPctga(1 + ctga -ctgif/) , (3.12) где В - ширина отвала, р - плотность снега, V/ - угол естественного откоса снега, а - угол резания Масса, перемещаемого снега может быть найдена из уравнения: ЮН nGH nGH А 7 ) m= pay = \ pa(0,5YBtgy/J = 0,5Btgy/ pYaY = (3hnp -2YJY , (3.13) 0 0 0 6 где А коэффициент пропорциональности между плотностью снега и глубиной его залегания.
Процесс призмообразования зависит от величины пути и скорости копания машины. Для случая когда горизонтальная скорость приращения основания призмы волочения равняется скорости дорожной машины (что имеет место при применении рабочих органов не интенсификационного типа) изменение величины призмы волочения в зависимости от времени выразится следующей зависимостью: hnp=ctgw\vCH(t)dt. (3.14) При этом высота призмы волочения с краю отвала не может превышать величины: обусловленной перемещением снега в боковые валики. Решения приведённых уравнений показывают, что существует угол наклона отвала, обеспечивающий минимум энергозатрат на перемещение снега. При угле установки отвала, равного 0,2 рад., зависимость изменения энергозатрат на 1 метр ширины снегоуборки (при скорости движения 25 км/ч) от толщины удаляемого снега может быть аппроксимирована выражением:
Результаты которого показаны на рисунке 3.4. Получаем, что при скорости снегоприноса равной 0 Мощность разрабатываемого слоя снега будет равняться 0 кВт на каждый метр ширины снегоуборки , а при максимально-допустимой величине удаления снега, равной 6 мм получим энергоёмкость удаления снега равную 8,5 кВт на каждый метр очищаемой поверхности, что для стандартного 4 метрового отвала составит 37кВт.
Подставляя полученные значения в уравнение 3.9 получим вероятность использования мощности двигателя на снегоуборку: J ( MQ) = 1- be [ L N/ (3.17) где mN – центр распределения, определяемый как средняя величина мощности удаляемого снега, равная половине допустимой максимальной мощности на удаление снежного покрова, а параметр масштаба b, может быть найдены из условия: откуда: N(hДОП ) 0а поп ) 1У(ПДОП/ f rлт \J-\T -b(Nr-m) = J ( C jd c = 1 — e c N J b ДОП J m (3.18) mN - f ДОП J Тогда вероятность взаимодействия отвалов снегоуборочной техники со снежным покровом различной толщины может быть проиллюстрирована значениями, приведёнными на рисунке 3.5.