CC BY
23
УДК 625.76
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИТАТЕЛЯ И МЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ФРЕЗЕРНО-РОТОРНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ
Д.С. Алешков
ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Вопросы содержания территорий дорожной сети в зимних условиях непосредственно связаны со своевременной и качественной очисткой дорог и территорий от снега. Проектирование и создание эффективных фрезерно-роторных снегоочистителей, работа которых включает в себя несколько технологических операций по уборке снега, заключается в том числе и в правильном выборе геометрических и кинематических параметров их основных элементов. На этапе проектирования необходима методика, позволяющая осуществлять выбор основных технологических параметров таких машин, что в дальнейшем позволит производить направленную их оптимизацию. Целью данной статьи является представление зависимостей основных технологических параметров фрезерно-роторного снегоочистителя и последовательности их выбора.
Материалы и методы. В статье дан вывод и получены аналитические уравнения, связывающие геометрические и кинематические характеристики питателя, метательного аппарата фрезерно-роторного снегоочистителя из условия обеспечения одинаковой производительности каждой из указанных подсистем. Также представлен анализ полученных уравнений и уже ранее известных соотношений по выбору параметров фрезерно-роторного снегоочистителя, и выявлены закономерности влияния основных геометрических и кинематических параметров друг на друга.
Результаты. Произведена сравнительная оценка вновь предлагаемых и существующих соотношений. Установлен характер зависимости угловой скорости вращения ротора метательного аппарата от поступательной скорости фрезерно-роторного снегоочистителя и ширины лопасти ротора. На основе полученных зависимостей предложен алгоритм выбора основных технологических параметров фрезерно-роторного снегоочистителя исходя из условия минимизации задания начальных параметров, которые априори считаются неизвестными.
Обсуждение и заключение. Представленные зависимости позволяют эффективно проводить эскизное проектирование новых конструкций фрезерно-роторных снегоочистителей, а также осуществлять оптимизацию существующих моделей фрезерно-роторных снегоочистителей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фрезерно-роторный снегоочиститель, питатель, фреза питателя, метательный аппарат, ротор метательного аппарата, параметры фрезерно-роторного снегоочистителя.
Благодарности. Автор выражает благодарность анонимным рецензентам за конструктивные комментарии.
© Д.С. Алешков
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
GEOMETRIC AND KINEMATIC CHARACTERISTICS OF FEEDER AND THROWER OF MILLING AND ROTARY SNOWBLOWER
ABSTRACT
Introduction. Questions of the maintenance of territories and road network in winter conditions are directly connected with timely and qualitative clearing of roads and territories of snow. Designing and creation effective milling and rotary snowblowers, which work includes some technological operations on snow cleaning, consist in a correct choice of geometrical and kinematic parameters of basic elements. At a design stage the technique, allowing to carry out a choice of the basic technological parameters of such vehicles is necessary and further it would allow to make optimization directly. The purpose of this paper is representation of dependences of the basic technological parameters of the milling and rotary snowblowers and sequence of their choosing.
Materials and methods. The paper presents analytical equations connecting geometrical and kinematic characteristics of the feeder, the thrower of milling and rotary snowblower from conditions of maintenance of identical productivity. Moreover, the analysis of the received equations and dependences by choice milling and rotary snowblower parameters is presented. Sequences of the basic geometrical and kinematic parameters' influence on each other are revealed.
Results. As a result, the comparative estimation of the offered and existing equations is made. The character of dependence of angular speed of the throwing device rotation on translational speed of the milling and rotary snowblower and width of the rotor blade is established. On the basis of the received dependences the algorithm of the basic technological parameters' choice on the milling and rotary snowblowers, proceeding from the minimization condition of the initial parameters' task are considered. Discussion and conclusion. The presented dependences allow to spend effectively outline designing of new constructions of milling and rotary snowblowers and to carry out optimisation of existing models of milling and rotary snowblowers.
KEYWORDS: milling and rotary snowblower, feeder, feeder cutter, thrower, thrower rotor, parameters of milling and rotary snowblower.
Acknowledgments. The author expresses their gratitude to the reviewers for their constructive comments.
© D.S. Aleshkov
D.S. Aleshkov
Siberian State Automobile and Highway University,
Omsk, Russia
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ОСНОВНЫЕПОЛОЖЕНИЯ
1. Предссавлен о°5зор> рез^оиатоа нродоо дущихисследований,направленных ьа опле-глепич основныо иеаноаозоааскпа nafPOMT-"В|Эоа уп|1езп|:)ао-0)отоан):з1^ (axi(E)yncnnHin(^Ti/inriE!)^^oí аосппнхсхвен! Роэли/инессих, ;эЕЕ1е(Н(оц1о-п(ак1/1^ в статиссическиз -зав11|(^и1\/101:п^0!(а( heí^^h^uuioixcif^ кокюассноотор мапаивтичосеано еодо^з-оирп-в^ание и э^сиии(пэ(-1\/1^1^тач^(эЮ1з1а иселоднвапий оаЛозы фрезерно-овонроо^с снеп'схо.писепт^л::.
2. Быоь Е;с(кчу:1оол1:(роюсаи1:>1 acnoiBUHie допущения, на основе который полнчены orn-литинаопин ^£1^оеимос/ою месилу ooco-oniji^n технолагисыскиви нарооетрооз 1^ео:ат-гв:ын>пг>:) аппарата oí иптaсeляфоаeарнаceувoонooa сив-гоочиотнт^л^1
3. Г-чсваденанализ сзаивипо1"о в.пиесиия ан-новных те-^соонаическнг< пинименлоо зг аыых-H2iT<nm\.nbiifí сирлин ыозапотата -кЕСЕ/СЕль>зо1^гЕ1-^и^ пссс1;^оео1сои1Е<; сравнеовй пз ooу-nоврлюым>мп тЛ уaнoeми ио.рссрпо-ротыфпых cнлroсnиcтнаO( наб. Пгзедложчн нс-уаис1м изВчра аоновн|г1х \cexHOJE(E(4it^^CK^x oаломхn-юй мзтсвeлппoro лтночина он пинаимос фрунуоио-poвaчиоro сиов гсоииатиаелн.
ВЕНЫ(ДЕНИНЕ
Пноонннрниоазс УпаrooнпPтoпилeИ банири-ется нн аироделепон аонаииыа рулиoлуcива-ских т^сЕ^мою.пэо^ фуазсoнoeеoпеоиаro ануroа-оиититбли Сдавас >—(F:=>-||iCм Г|т■o ^^з[зо.п^е;т тскжо в далннлПшел п|еоизво.г^гс1^Еп оизимикстил ттис xтликтпpииипк. Hйoйбeднми ожо на юачлипЕ>ных ииаилнн йBO0нпеливниий oí 0пиимпритнн эао-меннРвФИМ знати илеодные значениы еыннн логнниских»арвмеиров ФРС.
В работах12 радиус ротора меоательеого аипоросз R[ аи^делаотсо по форо/сво
ирр _ ^ f^^^
(1)
где Ьр - шириид лопасти ротора, м; Рсн -плотность днегдр кпЬмЬ 0= окружная скорость рттдр-, м/е; КН - коэффориоат нгапо;^^«^-ния -ктт-нргз си^|Пом, зерипдщдп ппт спорости
КН= 0,ЕТ...0,!5 (Ртльшее пнпоение соответ^ с^гЕз^/ет мзнишкР сктросои Vp ). — - коэф-Оирент стпипнщиП оэ ^гнл^ рррфу_кы ы ззпа сотиннесо эронил ervra сп-е-лото-ос по фор, о;-. (3); О^и - егех|с|ичесотт пеоиоо(0,^ос^.пЕ=^ ооттт ниооро ФРСф т(ч. опннываоонк пы^жр
НИТТ
(СГ _3ГЛРО
( er0
с--О
V РР
РО
р
оЕ- = —-Р _ ЬрОехр—рСНр) \
■охр(-ноь0з)]_ 2,2...И,5 >
V3)
гдгн (рР - сгтл ^зуд^ст |ЭОтз)р»;Е^; Щ - ноэффи-циент, ^итыиающп- 1^^кентп птсния снекп о лсепгг^тк:. мткк>еа) м - внут"ренний радиус ротона, ю-.
Стстпт—ткаа с2} белоюуетсс наэ ртсловии того, что метательный аппарат (далее МА) .ц^^тжеа-! оТлЕспаеи "1>^к;пеи бeлпoтУcняcтниьи паcьмйрpелHl пp111 сотиных ад сии-^жи-т (гН»тс;и1е-ззне апдипную опхничепзую производитель--031 ФРС в уеттезн
Чт^ кемсанэтсы-с птeмeтcяоаанпт асессгели-етик (^1м"1"^тг(зля фмф в |пеЮдтб 1"1 ] >:1|-||Э„гзь1|
тнгк^а^^^р стктмеидсттте опп-е,^(:^л^е"т> с з<аоисси^ мог;м(п от шно-иы зах1зап"а1 стто-пов с т спдсс-с|Т1^яии1^ мимлн каaйниря то1н^>^ми 0уйптн пи1--^^ теля с rop0рoнтaльнoй уеесзпити, то фзраиео
^ 3 в
2 л
(41
Н\ шс|нны^ те!нт^( (0и^онп1з1 пи.га'ы^^^, Тр, опре
■О^ролпчк^т по ИKи>|Ы1^pк((le [0, 4]:
Е0П03
D
бОпо
+
2DJ7
Е0033,
тер
ф42 60по0
sin<a„
гдосг V - поступательная скорость ФРС, м/ч;
по^ 4^ чис;.по обо)ио"1|оо фросы зо юитутон; ак-
¥р а (;T|и)ц^H^гl1иe)е]тг^и1^ecо:ll/>т C][-(C)ЙC-|HEJ ^^еПа> угол подъема винтовой линии наружной кром^ тин фт = П|3;5)|lП-(^ п> ^тЕ',^>|l::|йCП)Cl^l^lH100 кяTlм:3l к>>1 КТОт -диаметрфрезы,см.
1 Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог: уче-гноо позтбоо ,^лр вузо^ по дисцгплино «Дорожные машины» для специальностей 170900, 23И10Л, 100600 и 091 ЛОЛ / в.и. Баловнев, М.А. Беляев и др.; Под общ. ред. В.И. Баловнева. 2-е изд. дополн. и перераб. Моск ва Ом и к. ОАО «Опеки0 дор печ ави», 2005. 768 с.
2Шалман Д.А.Снегоочистители.Изд. 2-е,переработ. Л.,«Машиностроение»,1973.216 с.
Для определения длины лопасти ротора может бытьиспользована следующая завист-мость2:
или1
I р = (0,55...0,6) Я р
(5)
Ширина лопасти ротора равна1
Т ==2КкКР>
(6)
г,ц€е Кр =0,325^0,375 - коэффициент ширины ротора.
Одним из недостатков данных зависимостей является то, =то техаологические хатак= тевристики питателя и метательного аппарата ФРС тпререляю"=ая независимо друг от друга. Даниые тыражотия являются доаысиочпофс-
В рабсее [¡2] аие,и1с;исваен£5 ;з^езисим^=д"1з, связывающая геианюлогиинсеие д^=жэи/1<2е2)1и, пы-т^тюл!И ФРС:
V
о р юеР фю ЛИф
Д)
одм
1Ге
юсер ИИ
- П(нст-ин^тен1^ни1и1 сдюрюсть ФР^
] Л=л
мДс. ф - радиус ф=езы питателя, м; ф
- угловая скорость вращюния фрнзы питателя,
с-1.
Необходимо отметить, ))то результаты ре-|"|:)(^ссиоиип^коа^^сяционноио аиашсо сущеи ствующих конструкций ФРС о виде регрессионны. заоиримоитаИ одних параметров ФРС от дрогах тааже лкеяются истотникыыи на оа= ноынтии еоыоыовы мдрина ноинимоть исиоиыые неxзoоягитрuкиы ПЭ1НСЛ^ИСР1 В сссота [3] ИИИИЛ ввиены саиныгимостн ии0ыии0дии(сл1зннс]ни оа мощ-асни дингaталя н нooизкoлилслннрcаи и-ширинызахвата,соответственно
Жычы. =ОРИЛ4ИО
1 ,И и 89
С7 = 98р<л
0И876Р
где Р-мощностьдвигателя,л.с.
Известны работы, в которых представлены соотношения определения параметров составляющих элементов ФРС, обеспечивающих высокую эффективность работы данных элементов [4, 5]. Однако такие соотношения
востребованы на этапах детальной проработки составляющих ФРС и разработки конструкторской документации.
Необходимо указать, что в работах [6,7] показан выбор одного из технологических параметров ФРС - скорости движения базовой машины. Данный подход позволяет на ранних этапах создания ФРС определять оптимальную величину такого параметра. В работе [8] при определении влияния шага шнека на мощность привода реализуется подход вывода зависимости скорости движения шнекороторного снегоочистителя из условия равенства производительностей питателя и ротора МА.
Таким образом, учитывая тот факт, что ФРС это система, включающая в себя совокупность подсистем,то при вырезании,транспортировании и отбросе снежной массы производительность должна быть идентичной для каждой подсистемы. Соответственно технологические параметры должны находиться во взаимооднозначном соответствии [9]. Целью данной работы является получение закономерностей технологических характеристик МА, питателя ФРС. Для достижения поставленной цели необходимо решитьследующиезадачи:
- выявить основные соотношения техноло-гическихпараметров МАипитателя ФРС;
- выявить основные закономерности влияния технологических параметров питателя и метального аппарата в условиях обеспечения заданнойпроизводительности ФРС;
- сформировать алгоритм выбора основных параметров МА и питателя ФРС, реализация которого при минимальном количестве исходных данных позволяет получить численные значения основных технологических параметров ФРС, на основе которых можно в дальнейшем осуществлять выбор наиболее рациональныхзначений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Рассмотрим вопрос выбора параметров питателя и метательного аппарата ФРС. Очевидным является факт того, что количество вырезанной снежной массы фрезой питателя ФРС должно полностью поступить в МА и быть отброшено в сторону ротором МА или перемещено в заданную точку пространства (например загружено в кузов транспортного средства). Исходя из этого узнаем, как связаны между собой технологические параметры МАипитателяФРС.
Тис 1С, ни 5. :И01С лосниаиИ вро-нн рымуыки л ае СИСИ 1Я по. Л ЫЫР18. СиоОИсимяи риса -о- ИЗ,
Питателз ФРИ зо дрнныр интервал време-еи П- вырнпаел оНьлы ызныы1"Л) рныниш
SH=Bn+S = Be+vnepat,
(11)
W^BhV^At,
ЕВ
гдл h и- тоащныа нивежного пое-оса, и.
ПыинЕ этот н>еълн ри-леи-оенный МА состт-
ИиЕ
We = ppR)bp = <ы>РАН • Rpbp
(9)
где соР - угловая скорость вращения ротора МА, с-е
Очевденр, ато объемы жк д М2 должны бьггь равоы, токда е^нтоо (р) и (9) имеем
BhVnep = p-Rbp
(10)
Выражение (10) иначе может быть интер-пеокивооано как равенств теореоионских П^ы)г-5гк0,с1вт1^л1зн0ст^1я МА и -ОРС3.
ОСыем исААТг |ЭРгерос^ зка ииоо^ол к|геАС-ни ао с кто оДъам, соторый занимает снег после то го, ник н ъ б-л отброшен в сторону МА ир время At работы ФРС. Этот яСъиэм еолжен слвосектзловвто ылЛе-Ау сые!:>к1еой юнаомспи!, который переместит ротор МА ва виеервал дуо-ддни о0! сукже он доежеи быто |Э)ав<о- всрсмр лиджнай Р1И)сс^1, литорыК выртоаот еееылееле се ммт жeзктАррajО киоски. ВыасмаоыыыП aроиоeдеоeaиев пс- ссющати 8\, кряеуоя и вЫ-1тгес1 иидн cриезиирииуетеа длснш, Л, шпии-ков, Ну с кeJПlпотеей кнснм |^^збвсы^ у (рвеу-нок 1). О^^^акннпноеть зткин орощадой офлнует оклАоый исл, торилеeлроый нап^елннкл е-Е$и:окей^^«^10Дот отведения ыaлиоУкшиx преобраммваепй нaабтоуимо п|:г)^l^í^"гк следвю-щио допещунио:
- онвжнао шассе баторедеовенея раыно-итрна П0вусй шииисв усзброоа транспортио руемойснежноймассыВП;
с оеотувато^1еьтау скорость ФРС тoртоозао иравна V ;
~ пер'
- виловсс сктрасеь вращения ротора МА овсое оaртоиввв о овивв юР\
- межлопаырное тмастранстто рото|та МА полностью заполнено снежноймассой.
Исходя из принятых допущений следукт, что при одном проходе ФРС толщина снежаозо вала остается постоянной по всей его шисинр.
Ширина снржного вала зм рассмитривии-мый интервал в-нмени составит (рисунок 2):
где 5-путь пройденный ФРС за интервал времени At.
В общем виде можно пиинять путь, пройденный ФРС, рденыу одной рахуатке при уборке открытых проут°анинв ра утаккапко ерохадор РспТр рисунок 2).
Тогеа оСЗтуеяхр ележнога воиега, д учеемм ЫО, ККГЭМ^И:
WW м WW p РНе = S/Ä3=]Р|Н, М^.
(12)
Из (12) в ы ражаем толщ и ну снежного вала е учетам (8):
-т рШ»>Ав
syl
илисучетом(9)
-о ц_ ßBpAt-HRpbp р _а1
Bh_
втРЯрЬц
(13)
V L
пер
(14)
Следующим этапом рассмотрим, как связаны между собой технологические параметры ротора МУ и питателя ФРС при обеспечении условия соответствия производительности ротора МУ и производительности питателя ФРС, аналогичный подход был реализован в [8]. При этом считаем, что в качестве исходных данных (известных параметров) выступают технологические параметры питателя ФРС. Неизвестными величинами являются техноло-гическиепараметры ротора МА.
ЕТ ио6оте [1С] днно сыражтнтж объема сн ежной массы вырезаемого фрезой питателя вы один орс>иот в асвисимости нж сесннлогиче-ских нсриоеж.он ФРС,кнторот иметт пс-
w = 2tZ-h■ В-
Vn
пер
П ■ O
ф
4иы • h - Яф-tgd
пер
П2 ■ O
ф
(15)
где п - число заходов ленты фрезы; h - толщина снежного покрова; в -угол захода ленты фрезы.
3 Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: учебное поси.ие °ля нтуденнет т^оа.^ыВысш. ш-ола,19!31. 335 с.
Соответственно объем (15) должен быть как минимум эквивалентен объему межлопастного пространства питателя ФРС, которое должно быть заполнено снегом, вырезанным фрезой, следовательно должно соблюдатьсяуслнвие равенства объемов (15) и (9), которае суодтом полной загрузки всего ротоунпримет в ид
R2PbP = 2h ■ Яф ■ tgG
V
пер
2
n ■ œ
ф
(16)
Используя данное соотношение можно определить технологические параметры ротора МА в зависимости от технологических параметров питателя ФРС.
Снежный вал
Очшцаелшй участок
Cleaning place
Пятно разброса
Рисунок 1 - Схема уборки открытого пространства Figure 1 - Scheme of the open place cleaning
Bx+S
Рисунок 2 - Схема формирования пятна разброса, вид сверху Figure 2 - Scheme of the spread formation, top view
Так, ни 0poввeниo(-0)| ивпoльзyяyoaвнo-ниат (io), нel||)aвил oглoвyю ине^сть иoaщooив 201Г0-вa МА,
b-n2eft)
=bñR
E
E
■tgPP
(17)
Для выражения радиуса ротора МА через технологические параметры питателя ФРС воспо-ыь-жРхсь фо|эмулой (6), срхедваретнлЬРО предианрхс ее ь следиющеы ¡ви.ц^.
НР2 ПР = 2НР3 Kр -
Протвведем подстановку правой части по-o^eeHного чьз^р^^^тн!^?! в левую часть(16):
Н3 = 1 Rp =к
ы-ee • tgP>
к
nep
n2 • CE
E
(18)
Очевидным условием является, что радиус ротора МА не может быть больше радиуса фрезы питителя ФРС.
РЕЗУЛЬАА ТЫ
ГЯроиввлдем уаьчет радиуса ротора МА по фор мул чм ( 1) в (9). Исходные данные для ис-полчвовьния уыапаияых формул представлеНЫ Ы ТабГШЦЫ 1.
В рюзуыанпти вычислаыии по фтрмулс (1) ра^сз рото рт Т1Т3 соояавнл (К/0 CD,pa о. С учетом известного соотношения связи окруж-опй зкыяос"си и уоловой скорости сращетын4 у|"навая ысн)|)Ийто вощения роторп МА Оуоио 4>пси)з 812 пп1. уилвииви |лпяи)сс41 |кпнн|эй 1Ч)А пи фИрмиЛЬ )10) НЗ впнавикши ИСТЙЭДНЫХдаевЫХ, xpпдстaнлeнныxсвxПлипн 1 чи вдетом нпйдснв впо угиисио окирист"л, 0H0тa[0т Rp= О.^Ч м. Относительное расхождение полученных результатов5:
s-Clz-C rC
0,16-0,14t 0,!6
•10 0 = 8,8%.
За счет увеличения плотности снега можно добиться большей сходимости результатов.
ТAБЛИЦA 1 ИСХОДНЫЕ ftAHHblE TABLE 1 INITIAL DATA
Параметр Значение
Плотность снега, кг/м3 Snow density, kg/m3 300
Окружная скорость ротора, м/с Rotor peripheral velocity, m/s 14
Ширина лопастиротора,м Widthof the blade of a rotor, m 0,09
Внутреннийрадиус ротора, м Internal radiusofarotor,m 0,1
Толщина снежного покрова, м Thickness of a snow, m 0,1
Поступательная скорость ФРС, м/с Speed MRS, m/s 1,4
Шириназахвата, м Cutter belt width, m 1,2
Производительность ротора МА, т/ч Productivity of a rotor T, t/h 26
Коэффициент наполнения ротора снегом Coefficient ofadmission ofa rotor snow 0,3
Коэффициент, зависящий от угла разгрузкииуглавнешнего трения снега Factor depending on an angle ofrelief and an angle of an external friction of snow 2,2
Так, при плотности снежного покрова 350 кг/м3, радиус ротора, вычисленный по формуле (1), составит0,24ми,соответственно, б= 1,5%.
Анализ выражений (13) и (14) показывает, что необходима согласованность основных технологических параметров питателя и МА ФРС (рисунок 3). В противном случае будут наблюдаться различные толщины снежного вала в продольном и поперечном направлениях (см. рисунол 3). Эта согласованность достигалтся лбеспечением равенства (10). Ига рисунке 3 ночка А пересечения двух кривых являетсярешением уравнения (10).
Рассмотрим влияние поступательно й скорости снегоочистителя и ширины лопасти рот opa MA на величину углов ой скорости враще-нияротора,используявыражение (10):
Bh
Ют
- R0
V
2 пер
4 Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. Учебник для техн. вузов. 8-е изд., стереотипное. СПб.:Издательство«Лань»,2001. 768 с.
5ХалафянА.А^ТАТ^ТЮА б.Статистическийанализ данных. 3-е изд. Учебник. М.: «Бином-Пресс», 2007. 512 с.
0,05
h, Ai
0,02
0,01 ^
0,01
1 **
A X /i' л ** *
n* у >
^ у / с /
0,5 й,Л9 Щ9 U5 В,М \1ССв
Рисунок 3 - Зависимость толщины пятна разброса от ширины лопасти ротора (ряд 1) и ширины захвата питателя
ФСС (ряс) 2),ири 1= 5 м, 6= 0,1м; (Р = 87,2сг1^==0,16м^пр= 1,4 м/с.
Figure 3-Valuss of spread stain: 1-width of the rotorblade; 2 - cutter belt widthwithaL=5m, h= 0,1 m;
ыР hsn: sr1; h = 0,16m;V =1,4 m/s.
i , ' р , ' пер ,
9исунок 4 - Зависимость угловой скорости врищения ротораМАот поступптельнойскорости ФРСи ширины
лописти ротопапри В = 1,5м, 6 = 0,1 м и Rp = 0,16 м
Figure4- Valuesofthe angularrotation ratewiththeMRSspeedoftherotor bladewidth
B = 1,2m,h = 0,1mand Rp =0,16m
Том 15, № 5. 2018. Сквозной номер выпуска - 63 © 2004-2018 Вестник СибАДИ
(Vol. 15, no. 5. 2018. Continuousissue -63) Т1ие Russian Automobilh
and Highway I ndusKry Jeurnal
На рисунке 4 представлен график угловой скорости вращения ротора МА, с-1, в зависимости от поступательной скорости ФРС и ширины лопасти ротора МА при в равном 1,2 м, /7 = 0,1 м и Яр = 0,16 м.
Используя исходные данные, представленные в таблице 1 и таблице 2, проверим выполнение условия (16). После подстановки в (16) уже известных значений имеем:
0,002 > 0,0001
Тот факт, что левая часть практически на порядок больше правой, может быть интерпретирован так, что в процессе работы МА будет загружаться не в полном объеме, это в свою очередь может привести к нежелательным последствиям, таким как уменьшение плотности снежного потока в направляющей насадке, что вызывает уменьшение дальности отброса снежной массы. Поэтому целесообразно произвести корректировку величин входящих в уравнение (10).
Составлен алгоритм расчета параметров питателя и МА ФРС. Применение данного алгоритма необходимо при проектировании ФРС. При его использовании требуется минимальное значение исходных данных.
Описание алгоритма:
1. Начало.
2. Вводятся исходные данные.
Задаются поступательная скорость ФРС
V , толщина снежного покрова /?, угол захода ленты фрезы в, число заходов ленты фрезы п, ширина захвата питателя ФРС В и коэффициент ширины ротора К .
3. Определяется радиус фрезы питателя
ФРС ф по формуле (4).
4. Определяется угловая скорость фрезы
питателя ФРС тф по формуле (7).
5. По формуле (17) находится угловая скорость вращения ротора МА соР .
6. По формуле (18) определяем радиус ротора
7. По формуле (6) находим ширину лопасти ротора Ьр .
8. По формуле (5) определяем рабочую длину лопасти ротора /
9. Вывод результатов вычислений.
10. Конец.
В результате использования алгоритма при исходных данных, представленных в таблице 3, были получены результаты, представленные в таблице 4.
ТАБЛИЦА 2 ПАРАМЕТРЫ ПИТАТЕЛЯ ФРС TABLE2
MRS'S FEEDER PARAMETERS
Параметр Значение
Угол захода ленты фрезы, град. Cutting angle of the cutter belt, deg. 20
Угловая скорость вращения фрезы питателя ФРС, с1 angular rotation rate of the cutter MRS, s1 8
Число заходов ленты фрезы Number-thread hob 2
Радиус фрезы, м Cutter radius, m 0,18
ТАБЛИЦА 3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСЧЕТНОГО АЛГОРИТМА TABLE3 INITIAL ALGORITHM'S DATA
Параметр Variables Значение Value
Угол захода ленты фрезы, град. Cutting angle of the cutter belt, deg. 20
Поступательная скорость ФРС, м/с Speed MRS, m/s 1,4
Число заходов ленты фрезы Number-threadhob 2
Ширина захвата, м Cutter belt width, m 1,2
Толщина снежного покрова, м Thickness of a snow, m 0,1
Коэффициент ширины ротора Coefficient of admission of a rotor snow 0,325
ТАБЛИЦА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСЧЕТНОГО АЛГОРИТМА TABLED RESULTS OF ALGORITHM'S USAGE
Параметр Variables Значение Value
Радиус фрезы питателя ФРС, м Cutter radius, m 0,28
Угловая скорость фрезы питателя ФРС, рад/с Angular rotation rate of the cutter MRS, s1 4,88
Угловая скорость вращения ротора МА, рад/с angular rotation rate of the rotor, s1 17,9
Радиус ротора, м Rotor radius, m 0,14
Ширина лопасти ротора, м Width of the blade of a rotor, m 0,08
Рабочая длина лопасти ротора, м Working length of the blade of a rotor, м 0,07
ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теоретическая производительность МА и питателя ФРС должны быть эквиваленты друг другу, что является условием отсутствия потерь снежной массы при работе ФРС и условием обеспечения высокой производительности его работы. Исходя из этого были получены соотношения (9) и (15), которые связывают поступательную скорость ФРС, геометрические размеры и угловые скорости вращения питателя и МА в явном виде в отличие от (1), где эта связь является косвенной. Формула (1) допускает варьирование ряда исходных данных, что приводит к достаточно широкому диапазону изменения итогового результата.
Из (13) и (14) следует основной вывод о том, что минимизация роста образования снежных валов заключается в увеличении пятна разброса, однако данный факт существенно влияет на дальность отброса снежной массы. И увеличение пятна разброса приводит к уменьшению дальности отброса.
Наиболее существенное влияние на толщину пятна разброса и снежного вала оказывают параметры ротора МА, при изменение характеристик питателя, входящих в уравнение (13), это влияние менее выражено, что является вполне очевидным фактом.
Из рисунка 4 следует, что угловая скорость вращения ротора существенно зависит от поступательной скорости ФРС, при этом увеличение ширины лопасти ротора приводит к ее уменьшению, и с ростом поступательной скорости это уменьшение имеет более выраженный нелинейный характер.
Предложен уточненный алгоритм расчета технологических параметров МА и питателя ФРС, позволяющий осуществлять расчет основных технологических параметров ФРС, при минимальном количестве исходных данных. Для определения каждого из шести параметров, указанных в алгоритме, требуется последовательно задать по одному из исходных параметров.
В результате использования предлагаемого алгоритма для численных значений, характерных для существующих моделей малогабаритных ФРС, установлено, что значение радиуса ротора МА получается заниженным по сравнению с известными моделями. По всем остальным технологическим параметрам алгоритм расчета дает хорошую сходимость результатов с аналогичными параметрами существующих моделей малогабаритных ФРС.
Сравнение результатов использования предложенного алгоритма на основе полученных аналитических зависимостей показало удовлетворительную сходимость со значениями технологических параметров питателей существующих фрезерно-роторных снегоочистителей, однако что касается выбора радиуса ротора МА, то эта характеристика принимает заниженные значения, что потребует ее дальнейшей корректировки.
Таким образом, следующим этапом совершенствования алгоритма расчета и уточнения зависимостей, позволяющих осуществлять выбор основных параметров ФРС, является обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований работы МА и питателя ФРС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. BucherE. SchleuderoderFräse? -«Strasseund Verkehr», 1951, N 13, pp. 419-421; 1952, N 2, pp. 47-49; 1952, N 3, pp. 82-89.
2. Алешков Д.С., Урусова Н.Ю. Влияние основных параметров фрезерно-роторного снегоочистителя на вырезаемый объем снежной стружки // Вестник СибАДИ. 2013. № 5 (33). С. 10-14.
3. Прусов А.Ю., Маврин И.Ю. Статистический анализ малогабаритной коммунальной снегоуборочной техники Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2014. Т.1. С. 180 -183.
4. Баранчик В.П., Закиров М.Ф. Исследования сопротивления резанию снега малогабаритным плужным снегоочистителем // Механизация строительства. 2009. № 11. С. 16-18.
5. Закиров М.Ф., Баранчик В.П. Новый подход к выбору режимов разрушения снега рабочими органами машин // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 2 (18). С. 107-110.
6. Закиров М.Ф. Определение оптимальной скорости перемещения шнекороторного снегоочистителя методом анализа четвертой координаты рабочего процесса // В сборнике: Интерстроймех - 2015. Материалы международной научно-технической конференции. Казанский государственный архитектурно-строительный университет. 2015. С. 98-102
7. Баловнев В.И., Селиверстов Н.Д. Анализ четвёртой координаты (продолжительности) рабочего процесса в системе проектирования и оптимизации параметров инновационной дорожно-строительной техники // Строительные и дорожные машины. 2016. № 1. С. 26-30.
8. Закиров М.Ф. Исследование влияния шага шнека на мощность привода питателя малогабаритного шнекороторного снегоочистителя // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. № 2 (26). С. 56 - 57.
9. Korchagin P.A., Teterina I.A., Rahuba L.F. Improvement of human operator vibroprotection system in the utility machine // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944, no. 1. Ст. 012059. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012059
10. Алешков Д.С., Аюпова Н.Ю. Обоснование ширины ленты фрезы питателя фрезер-но-роторного снегоочистителя // Вестник Си-бАДИ. 2017. № 2 (54). С. 7-11.
REFERENCES
1. Bucher E. SchleuderoderFrase? - «Strasse und Verkehr», 1951, N 13, pp. 419-421; 1952, N 2, pp. 47-49; 1952, N 3, pp. 82-89.
2. Aleshkov, D.S., Urusova N.Yu., Vliyanie osnovnyh parametrov frezerno-rotornogo sne-goochistitelya na vyrezaemyj ob"em snezhnoj struzhki [Influence of base parameters of milling and rotary snowblower on the cut out volume of a snow chip]. Vestnik SibADI, 2013, no. 5 (33), pp. 10-14. (in Russian).
3. Prusov A.U., Mavrin I.U. Statisticheskij analiz malogabaritnoj kommunal'noj snegoubo-rochnoj tekhniki [Statistical Analysis of small-size municipal snow-removing technics]. Modernizaci-ya i nauchnye issledovaniya v transportnom kom-plekse, 2014, V.1, pp. 180-183. (in Russian).
4. Baranchik V.P., Zakirov M.F. Issledovaniya soprotivleniya rezaniyu snega maloga - baritnym pluzhnym snegoochistitelem [Studies of resistance to cutting of snow by plough compact snow-blower]. Mekhanizaciya stroitel'stva, 2009, no 11, pp. 16-18. (in Russian).
5. Zakirov M.F., Baranchik V.P. Novyjpodhod k vyboru rezhimov razrusheniya snega rabochimi organami mashin [New approach to the choice of snow destruction working parts of machines]. In-tellektual'nye sistemy v proizvodstve, 2011, no 2 (18), pp. 107-110.
6. Zakirov M.F. Opredelenie optimal'noj skoro-sti peremeshcheniya shnekorotornogo sne-goochistitelya metodom analiza chetvertoj koor-dinaty rabochego processa [Determination of the optimal speed of movement of the screw-rotor snowblower by the analysis of the fourth coordinate of the working process]. Interstrojmekh, 2015, pp.98-102. (in Russian).
7. Balovnew V.I., Seliverstov N.D. Analiz chet-vyortoj koordinaty (prodolzhitel'nosti) rabochego processa v sisteme proektirovaniya i optimizacii parametrov innovacionnoj dorozhno-stroitel'noj tekhniki [Analysis of the fourth coordinate (duration) of the working process in the design and optimization of the parameters of innovative road construction equipment]. Stroitel'nye i dorozhnye mashiny, 2016, no 1, pp. 26-30. (in Russian).
8. Zakirov M.F. Issledovanie vliyaniya sha-ga shneka na moshchnost' privoda pitatelya malogabaritnogo shnekorotornogo snegoochis-titelya [Research of the influence of the auger to the drive power feeder compact rotary snowblow-er]. Intellektual'nye sistemy vproizvodstve, 2015, № 2 (26), pp. 56 - 57. (in Russian).
9. Korchagin P.A., Teterina I.A., Rahuba L.F. Improvement of human operator vibroprotection system in the utility machine // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944, no. 1. - Ст. 012059. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012059
10. Aleshkov D.S., Ayupova N.Yu., Obosno-vanie shiriny lenty frezy pitatelya frezerno-rotor-nogo snegoochistitelya [Justification of the cutter belt width of the milling-rotary snow plough feeder]. Vestnik SibADI, 2017, no. 2(54), pp. 7-11.
Поступила 27.08.2018, принята к публикации 19.10.2018.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Алешков Денис Сергеевич - канд. техн. наук, доцент, доц. кафедры «Техносфер-ная и экологическая безопасность», ORCID ID 0000-0003-4204-7221, ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644050, Россия, г. Омск, пр. Мира, 5, [email protected]).
INFORMATION ABOUT AUTHORS
Aleshkov Denis Sergeevich - candidate of science (engineering), Assistant Professor of theTechnosphere Safety Department, ORCID i 0000-0003-4204-7221, Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644050, Russia, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]).
