CC BY
46
№4
2006
625,032.37
ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ЗИМНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ДОРОГ ОТ ВРЕМЕНИ НАЧАЛА УБОРКИ, СКОРОСТИ СНЕГОПРИНОСА
И ИНТЕНСИВНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
Канд. техн. наук, доц. Ю.ИМОЛ ЕВ
Рассматривается проблема расчёта энергозатрат при изменении времени начала снегоочистки дорог, Показаны рациональные соотношения между скоростью снегопереноса, интенсивностью дорожного движения и временем начала уборки.
The problem of power inputs calculation at changing of time of snow-clearing is analyzed. Rational quantities of drift-snow transport speed, traffic level and the start of clearing are surveyed.
Существующая в настоящее время методика оценки изменения затрат на зимнее содержание дорог [1] не учитывает изменения физико-механических и геометрических параметров снежного покрова под воздействием движителей автомобилей. При этом в расчетной схеме изменения силы сопротивления снега рабочим органам коммунальных машин рассматривается только один слой снега — рыхлый, рост которого характеризуется монотонно возрастающей функцией.
Исследования сотрудников Нижегородского государственного технического университета [2, 3] показывают, что такое представление об изменении снежного покрова на поверхности дорог является крайне упрощенным. В действительности изменение толщины различных слоев снега, обусловленное интенсивностью взаимодействия с колесными движителями транспортных средств, может быть как отрицательной, так и положительной величиной. Так как интенсивность воздействия колес с поверхностью дороги не одинакова по ширине, то и изменение толщин снега по ширине дороги будет иметь разную скорость, что приводит к образованию зональности распределения снега (чаще
всего называемой колейностью).
При взаимодействии со снежным покровом на рабочий орган действует сила сопротивления, состоящая из ряда составляющих. Такие составляющие суммарного сопротивления как сопротивление, возникающее в результате трения призмы волочения разрабатываемого материала о поверхность отвала, сопротивление подъему стружки разрушенного снега вверх по отвалу, сопротивление перемещению призмы вдоль отвала, реактивная сила отбрасывания снега отвалом в проекции на ось движения машины, сопротивление перемещению отвала снегоочистителя по заснеженной поверхности дороги при установке его в плавающее положение, уплотнение слоистого снега и заглубление рабочего органасопротивлений, не зависят от слоистости снежного покрова. Наибольшее влияние слоистость снега оказывает на силу резания, определяемую из выражения
№4
2006
V
Р0
совел., . к 1,5тс Л , . 6 2 79 соэб ,
—г— (— (1,2 агсвтС^—-)--;-)-(81п- + -8т—)——)ПС(х )
х+к 2((—)2 + 1,4) 2 7 2 х
/г ________
((8т(9)-|5т3(9)-Ь^т5(е))^)2
где ур — скорость резания; /г — толщина резания; х — длина зоны распространения деформаций; 9 — угол, образованный между краями рабочего органа и точкой максимального распространения деформации; НС — твердость снежного покрова; р — коэффициент концентрации напряжений (р = 3 соответствует упруго-изотропному полупространству, р = 4 — полупространству, модуль деформации которого возрастает с глубиной, р - 5 — для полупространства состоящего из слоистых материалов с различными физико-механическими свойствами).
С учетом зональности снежного покрова суммарная сила резания на рабочем органе может быть найдена из уравнения
М N N-1
8 М
7=1 /=1 /=1
2 у=1
где г — число слоев в рассматриваемом снежном покрове; ] — число зон снега; £ 2
~~~¿и Л'РЛ ^ — член уравнения, учитывающий взаимное влияние близлежащих зон друг
2 у=1
на друга; В — ширина зоны снежного покрова, разрабатываемой рабочим органом, Е —
коэффициент, учитывающий изменение силы резания при переходе от монослоистой к полислоистой разрабатываемой среде.
Общее изменение силы на рабочем органе, в зависимости от времени начала снегопада и интенсивности дорожного движения, показано на рис. 1.
Сил*
ил {л*0(/«еИ паримой 4м.
Н
СЗМХСНИЛ. м»т>4
аНГС^Л'!
Сила
ид РЯЁОДН гаже*
[ЛИХНИСа ^н,
к
1!и?Г Я* ипяггп, л^У • КМ и-" .• ;;!»* * г «»г.»,
а)
б)
Рис. 1. Изменение силы резаиия на рабочем органе в зависимости от времени начала снегопада, при интенсивности выпадения снега, мм/ч: а — 2, 6 — 50
; т
№4
2006
Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии постоянного и монотонного роста силы на рабочем органе снегоуборочной машины в зависимости от интенсивности снегопада и времени начала уборки. В действительности существуют три критические точки, при переходе через которые энергоемкость процесса резко изменяется. Во-
первых, это время, за которое снежный покров не ложится на дорогу, а разрушается и выносится за ее пределы колесами транспортных средств. Величина данного параметра может быть определена из выражения
1
Т,
0,035-0,00008/
0,6
27,5
ТС
1
220(£сн + 0,000025/™)
интенсивность движения транспорт-
где Qcн — интенсивность выпадения снега, а /тс — ных средств по исследуемой полосе. Во-вторых, это время, когда в зоне колеи начинает образовываться слой уплотненного снега. Данный момент может быть определен по следующей зависимости:
300(/г3 -0,00008/0,6)
1 ооа„
г,
где /г3 — толщина слоя экскавационно-разрушенного слоя снега на дороге. И, в-третьих, когда уплотненный слой снега в межколейной и межполосных зонах полностью восстановит внутренние межкристаллизационные связи и превратится в снежно-ледовый накат. В зависимости от температуры и влажности поверхности дороги этот процесс может занять от б часов до бесконечности.
Зависимость энергоемкости удаления снега с поверхности дорог и ее сравнение с моделью, применявшейся до настоящего времени, показана на рис. 2.
Время» орошедаюе с
Рис. 2. Зависимость изменения затрат на очистку единицы поверхности дорожного покрытия от снега в зависимости от времени начала уборки: 1 — зависимость, применяемая ныне; 2
мость для очистки дорог легкими (до 5 т) коммунальными машинами; 3 очистки дорог средними (5—12 т) коммунальными машинами; 4
предлагаемая зависи-предлагаемая зависимость для предлагаемая зависимость для очистки
дорог тяжелыми (свыше 12 т) коммунальными машинами.
№4
2006
Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенная математическая модель позволяет повысить точность расчета параметров взаимодействия рабочего органа коммунальной машины со снегом в промежутке от начала уборки и до 2 часов, а также после 7 часов от начала снегопада более чем на 50%, а в промежутке от 2 до 7 часов — на 25-30%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочная энциклопедия дорожника. Т. 2. Ремонт и содержание автомобильных дорог / А.П. Васильев, Э.В. Дингенс, М.С. Коганзон и др.; под ред. А.П. Васильева. — М.: Информавтодор, 2004, — 507 с.
2. Модель снежного покрова на автомобильных дорогах как среды, разрабатываемой рабочими органами дорожных машин/ В.В. Беляков, И.А. Брасов, O.A. Захаров и др. / Межвузовский сб. научных трудов «Техника, технологии и перспективные материалы». — М.: МГИУ, 2004. — С. 81—85,
3. Беляков В. В., М о л е в Ю. И. Снег как опорное основание для движения транспортных средств // Известия Академии инженерных наук им. A.M. ПРОХОРОВА. — Т. 5. — Транспортно-технологические машины и комплексы, 2004. — С. 203—220.
щ
