CC BY
15
13. Свирбутович О. А., Елтошкина Е. В., Ильин П. И. Исследование зависимости смещения тела и амплитуды управления колебаниями объекта виброзащиты колесных транспортных средств // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 2. С. 228-237. DOI: 10.21285/1814-3520- 2018-2230-239.
14. Cao R., Bolton J. S., Black M. Force Transmission Characteristics for a Loaded Structural-Acoustic Tire Model // SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems. 2018. Vol. 11 (4). Р. 305-319. DOI: 10.4271/06-11-04-0025.
15. Дегтярь В. В., Тарасов В. Н., Бояркина И. В. Повышение эффективности пневмоколес в сложных условиях эксплуатации // Строительные и дорожные машины. 2017. № 1. С. 39-42.
16. Галуза Ю. Ф., Сорокин В. Н., Русских Г. С., Кувшинников Е. Г. Экспериментальное определение параметров гидропневматической виброопоры на базе резинокордной оболочки // Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Т. 6, № 1. С. 35-39. DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-35-39.
17. Kamiyama Y. Development of a new on-wheel resonator for tire cavity noise // SAE Technical Papers, (2014). Р.. 1. DOI: 10.4271/2014-01-0022.
18. Гергель В. П., Козинов Е. А., Соврасов В. В. Методы многокритериальной оптимизации для решения задач виброзащиты // Проблемы прочности и пластичности. 2018. Т. 80, № 2. С. 281-292.
19. Varela M., Gyi D., Mansfield N., Picton R., Hirao A., Furuya T. Engineering movement into automotive seating: Does the driver feel more comfortable and refreshed? // Applied Ergonomics. 2019. Vol. 74. Р. 214-220. DOI: 10.1016/j.apergo.2018.08.024.
20. Стародубцева С. А. Статистическая оптимизация параметров систем виброзащиты мобильных машин и конструкций // Журнал автомобильных инженеров. 2017. № 5 (106). С. 34-35.
УДК 625.768.1: 621.22: 62-25
ДИНАМИКА КОММУНАЛЬНОЙ МАШИНЫ, ОСНАЩЕННОЙ ЩЕТОЧНЫМ РАБОЧИМ
ОБОРУДОВАНИЕМ
DYNAMICS OF UTILITY MACHINES WITH BRUSH-WORKING EQUIPMENT
С. И. Цехош1, С. Д. Игнатов1, А. В. Занин 2, И. Н. Квасов 2
'Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, г. Омск, Россия 2 Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
S. I. 1 Tsekhosh, S. D. 1Ignatov, A. V. Zanin2, I. N. Kvasov2 1 Siberian automobile and highway university, Omsk, Russia 2Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Статья посвящена актуальной проблеме повышения качества уборки дорожного полотна. Для достижения максимального эффекта от уборки дорожного полотна необходимо обеспечить требуемую скорость перемещения коммунальной машины, при которой сила прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну будет оптимальной. Методы исследования. Представлены результаты исследования влияния линейной скорости перемещения на значение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности. Представлена математическая модель рабочего процесса коммунальной машины. Моделирование осуществлялось при помощи программного продукта MATLAB, расширения Simulink. Параметры математической модели фиксировались, изменялось лишь значение линейной скорости перемещения коммунальной машины. Результаты. В результате моделирования получены графики зависимости силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины. Осуществлена аппроксимация теоретической зависимости силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины, получено уравнение регрессии. Выводы. В результате выполненной работы определен диапазон оптимальной скорости перемещения коммунальной машины, при которой сила прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну будет приближена к требуемому значению.
Ключевые слова: коммунальная машина, рабочий процесс, щеточное рабочее оборудование, линейная скорость, сила прижатия.
DOI: 10.25206/2310-9793-7-1-181-186
I. Введение
Для уборки дорожного покрытия от грязи, пыли, мелкого мусора и удаления загрязнений используются коммунальные машины [9, 13]. Уборка территорий производится согласно маршрутным картам. Данные карты составляются с учетом требований периодичности выполнения технологических операций. Тротуары, ширина которых больше 3,5 м, рекомендуется убирать машинами, предназначенными для проезжей части автомобильных дорог [16]. На тротуарах, относящихся к первому классу, допускается механизированная уборка на более высоких рабочих скоростях (7-8 км/час) при условии соблюдения безопасного движения пешеходов [7, 10].
Для повышения эффективности рабочего процесса коммунальной машины необходимо обеспечить оптимальную скорость ее перемещения, при которой сила прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну будет приближена к заданному значению.
Прежде чем преступить к началу данного исследования, были изучены зарубежные и отечественные научные журналы [14]. Подобная тема рассматривалась V. Libardo, Vanegas-Useche, M. Magd, Abdel-Wahab, A. Graham, Parker в научном журнале Waste Management в статье "Effectiveness of oscillatory gutter brushes in removing street sweeping waste", в которой авторы определяют значения таких параметров, как скорость коммунальной машины, угловую скорость вращения ЩРО, угол сектора барабана, деформацию ворса [15, 17].
В своих работах они не рассматривают зависимость скорости и силы прижатия щеточного рабочего оборудования, что не позволяет обеспечить изменение размеров пятна контакта в требуемых интервалах. С учетом вышеизложенного необходимо провести исследования зависимости силы от скорости для решения поставленных задач.
Целью данной статьи является определение связи между силой прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности и линейной скоростью перемещения коммунальной машины.
Задачи исследования
1. Определить оптимальные режимы рабочего процесса коммунальной машины математической модели, которые позволят провести теоретические исследования.
2. Построить графики зависимостей среднеквадратического отклонения силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины.
3. Провести аппроксимацию и получить рекуррентное уравнение.
4. Определить оптимальную скорость перемещения коммунальной машины, при которой сила прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну будет приближена к требуемому значению.
II. Теория
Анализ влияния линейной скорости перемещения на значение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности проводился на математической модели сложной динамической системы рабочего процесса коммунальной машины (рис. 1) [3, 4].
Рис. 1. Блок-схема сложной динамической системы рабочего процесса коммунальной машины
в обозначениях ЫайаЬ БтыШк
Входными воздействиями математической модели являются возмущающие воздействия со стороны микрорельефа дорожного полотна (Microrel-prav, Microrel-lev) на ходовое оборудование коммунальной машины [1, 2]. Именно эти воздействия приводят к неуправляемому изменению силы прижатия (Б) щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности, которая является выходным параметром модели [5, 6].
В процессе машинного эксперимента все параметры математической модели были зафиксированы, изменялось лишь значение линейной скорости (V) перемещения коммунальной машины в интервале от 1 до 12 км/ч [8, 12].
III. Результаты экспериментов Результаты моделирования приведены на рис. 2-6.
Рис. 2. Изменение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности во времени для У=1 км/ч
Рис. 3. Изменение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности во времени для У=4 км/ч
Рис. 4. Изменение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности во времени для У=8 км/ч
Рис. 5. Изменение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности во времени для У=10 км/ч
Рис. 6. Изменение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности во времени для У=12 км/ч
IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Анализ полученных графиков показал, что линейная скорость перемещения коммунальной машины влияет на количество и протяженность участков, на которых щеточное рабочее оборудование контактирует с дорожным полотном.
Для того чтобы определить соответствует ли значение силы прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну требуемым значениям, необходимо определить среднеквадратическое отклонение этих значений друг относительно друга (рис. 7). Расчеты проводились для коммунальной машины, оснащенной цилиндрической щеткой, характеристики ворса которой таковы, что требуемое значение силы ее прижатия составляет 5,4 кН.
3030 аР. Н 3020
ЗОЮ
3000
2990
2980
2970
2960
2950
2940
2930
О
2 4 б 8 10 12 V, км/ч 14
Рис. 7. Зависимость среднеквадратического отклонения силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины
Анализ зависимости среднеквадратического отклонения силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины показал, что ее минимальный экстремум находится в интервале линейных скоростей 2-6 км/ч. Для определения оптимального значения линейной скорости необходимо установить вид зависимости стР=:Т(У). Для этого проведем аппроксимацию, т. е. построим линию тренда (рис. 8) [11, 18].
Рис. 8. Аппроксимация зависимости среднеквадратического отклонения силы прижатия щеточного рабочего оборудования к очищаемой поверхности от линейной скорости перемещения коммунальной машины
полиномом четвертого порядка
В результате получаем зависимость
aF(V) = -0.0203 • V6 + 0.8069 • V5 -12.418 • V4 + 92.105 • V3 - 331.31-V2 + 501.72 • V + 2771.1, (1)
при этом Я2=1.
V. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проведения исследовательской работы было получено уравнение регрессии стР=:СУ). Это уравнение может быть использовано в дальнейших научных исследованиях рабочего процесса коммунальной машины для определения рационального значения скорости перемещения машины, при которой сила прижатия щеточного рабочего оборудования к дорожному полотну будет приближена к рекомендуемому значению. Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что необходимое значение скорости перемещения коммунальной машины, оснащенной цилиндрической щеткой, находится в диапазоне 2-6 км/ч. Полученные данные полезны оператору коммунальной машины для выбора скоростного режима.
Список литературы
1. Тетерина И. А., Летопольский А. Б. Модель процесса взаимодействия элементов ходового оборудования дорожной уборочно-подметальной машины с неровностями микрорельефа: моногр. Вологда: ООО «Маркер», 2016. С. 37-38.
2. Тетерина И. А. Летопольский А. Б. Модель взаимодействия ЩРО с обрабатываемой поверхностью: моногр. Смоленск: ООО «НОВАЛЕНСО», 2016. С. 73-75.
3. Корчагин П. А. Математическая модель динамической системы // Вестник СибАДИ. 2013. № 4. С. 91-95.
4. Корчагин П. А., Тетерина И. А. Математическая модель сложной динамической системы «возмущающие воздействия - машина - оператор» // Вестник СибАДИ. 2015. № 5. С. 118-123. DOI: 10.26518/2071-7296-2015-5(45)-118-123.
5. Игнатов С. Д., Цехош С. И. Упругие характеристики щёточного ворса рабочего оборудования коммунальной машины // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16, № 1. С. 6-17. DOI: 10.26518/2071-7296-2019-1-6-17.
6. Цехош С. И. Совершенствование системы управления коммунальной машины // Вестник СибАДИ. 2018. Т. 15, № 2. С. 207-216. DOI: 10.26518/2071-7296-2018-2-207-216.
7. Куксов М. П. Определение рациональных режимов работы малогабаритной коммунальной машины для летнего содержания дворовых территорий с использованием математического моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 3. С. 44-48.
8. Yang Q.L., Zhou Y., Ying K.M., Li R.B., Wang X. Study on Cleaning Performanct of Small Road Sweeper Vehicle // Proceedings of the 2018 3rd international conference on electrical, autovanion and mechanical engineering. 2018. Vol. 127. P. 194-198. DOI: 10.2991/eame-18.2018.41.
9. Yuan Xi, Yan Dai, Yonghou Xiao, Kai Cheng, Tao Xiao and Shixiang Zhao. Internal Flow Field Uniformity Study of Dust Collector for A Street Vacuum Sweeper Based on CFD // Materials Science and Enginnering. 2017. Vol. 272. P. 1-6. DOI: 10.1088/1757-899X/272/1/012007.
10. Jeon J., Jung B., Koo J. C. Pintado A., Oh P. Autonomous robotic street sweeping: Initial attempt for curbside sweeping // IEEE International Conference on Consumer Electronics. 2017. P. 72-73. DOI: 10.1109/ICCE.2017.7889234.
11. Wang C., Sun Q, Wahab M.A., Zhang X., Xu L. Regression modeling and prediction of road sweeping brush load characteristics from finite element analysis and experimental results // Waste Management. 2015. Vol. 43. P. 1927. DOI: 10.1016 / j.wasman.2015.06.027.
12. Xue C., Hu Y. The main cleaning system design of garbage sweeper // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 945-949. P. 257-260. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.945-949.257.
13. Fasiuddin S. N. Q. Design and manufacturing of Automobile testing track sweeping machine // Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations Management 8-10 March. 2016. Р. 1498.
14. Chen X. X., Yang M. Y., Kangyao Deng. Numerical analysis of a centrifugal fan for a road sweeper // ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. 2017. Vol. 1A. DOI: 10.1115/FEDSM2017-69103.
15. Libardo V., Vanegas-Useche, Magd M., Abdel-Wahab, Graham A., Parker, Wang, Chong, Sun, Qun, Wahab, Magd Abdel. Effectiveness of oscillatory gutter brushes in removing street sweeping waste // Waste Management.2015. Vol. 43. P. 28-36. DOI: 10.1016/j.wasman.2015.05.014
16. Lu S., Zhou Z., Han E., Guofeng Y. New Energy Road Sweeper Scenario Design and Simulation. // IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC Asia-Pacific). 2014. DOI: 10.1109/ITEC-AP.2014.6940708
17. Wang C., Parker G. Analysis of Rotary Brush Control Characteristics for a Road Sweeping Robot Vehicle // International Conference on Mechatronics and Control (ICMC). 2015. P. 1799-1804. DOI: 10.1109/ICMC.2014.7231871.
18. Занин А. В. Моделирование парной регрессии и проверка её качества на основе анализа // Транспортное дело России. М.: ООО «Морские вести России», 2017. № 6. С. 20-26.
УДК 621.825
ВОЗМОЖНОСТИ РАСЧЕТА РЕЗИНОКОРДНЫХ ОБОЛОЧЕК В СОВРЕМЕННЫХ ПАКЕТАХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА
THE POSSIBILITY OF CALCULATION OF RUBBER-CORD CASINGS IN MODERN PACKAGES
OF FINITE ELEMENT ANALYSIS
В. Г. Цысс|, И. М. Строков, М. Ю. Сергаева
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
V. G. Tsyss|, I. M.Strokov, M. Yu. Sergaeva
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Для исследования возможности расчета резинокордных оболочек в современных пакетах конечно-элементного анализа проводится моделирование цилиндрической оболочки виброизолирующего патрубка и расчет ее напряженно-деформированного состояния в программном комплексе NX Nastran. Так как РКО является композитной конструкцией, то моделирование осуществлялось при помощи встроенного в NX модуля NX Laminate Composite (NX LC).
Ключевые слова: виброизолирующий патрубок, резинокордная оболочка, напряженно-деформированное состояние, композитный материал, внутреннее давление, изгибающий момент.
DOI: 10.25206/2310-9793-7-1-186-194
I. Введение
Виброизолирующие патрубки используются в качестве гибких вставок в трубопроводных системах и выполняют роль компенсаторов для уменьшения возникающих деформаций и вибрационных нагрузок [1]. Основным элементом конструкции патрубка является резинокордная оболочка (РКО), воспринимающая действие внутреннего избыточного давления. В целях исследования возможности проведения конечно-элементного анализа РКО [2, 3, 4, 5] в современных программных пакетах, на основе которого определяются прочностные характеристики оболочки, в работе моделируется цилиндрическая оболочка виброизолирующего патрубка и проводится расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) при трех различных нагрузочных режимах.
II. Постановка задачи
Требуется выполнить моделирование и расчет НДС композитной цилиндрической оболочки [6], имеющей следующие параметры: радиус оболочки R=50 мм; длина оболочки ¿=1000 мм.
