CC BY
1
The work is devoted to the analysis of approaches to the mathematical modeling of electric power plants of motor vehicles. The classification of mathematical models used in the study of the main components of a traction electric drive is given. Software complexes used for mathematical modeling, research and calculation of electric power plants of motor vehicles are considered.
Key words: electric power plants, mathematical modeling, electric drives, classification of mathematical models, software engineering.
Oganyan Eduard Arturovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 625.768.1; 625.768.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-527-528
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЩЕТОЧНОГО УСТРОЙСТВА ПОДМЕТАЛЬНО-УБОРОЧНОЙ МАШИНЫ
А.В. Кречко, В.М. Лисовенко, М.С. Алтунина, В.В. Зубов
В статье определены направления достижения эффективности рабочего процесса щёточного устройства подметально-уборочных машин. Предложено увеличить линейную скорость свободного конца щетки -радиальным внедрением стержня - стопора (ролика) во вращающийся щеточный венец. Для проверки достоверности предложенного технического решения в статье сделана попытка определения линейной скорости свободного конца деформированного ворса после его высвобождения. При этом решены задачи по определению зависимости потенциальной энергии деформации ворса от величины прогиба и линейной скорости разгибающегося ворса. Приведены результаты определения скорости свободного конца стержня для щеток с металлическим и полипропиленовым ворсом.
Ключевые слова: щетка (щеточное устройство), стопор, ворс, изгиб (прогиб), стержень, линейная скорость, частота вращения щетки.
В настоящее время трудно себе представить чистоту улиц и тротуаров городов и поселков без коммунальных машин. Актуальность повышения эффективности эксплуатации специальных автомобилей и технических средств коммунального комплекса, на протяжении последних лет не вызывает сомнений, что подтверждается целым рядом публикаций [1-9], посвященных рассматриваемой проблеме.
Особое место в парке коммунальной технике занимают щеточные подметально-уборочные машины, эффективность работы которых зависит от процесса силового взаимодействия ворса щетки с дорожным покрытием.
Если определить эффективность рабочего процесса как увеличение сил, действующих на частицы загрязнений дорожного полотна, то для достижения этого эффекта выделяются два направления. Первое - конструктивная проработка рабочего органа подметальной машины (механические свойства ворса, размеры щетки и др.). Второе -увеличение скорости вращения щетки, которое при данной её конструкции однозначно определяет линейную скорость свободного конца щетки [10-17].
Однако, линейную скорость свободного конца щетки можно увеличить и другим способом - радиальным внедрением стержня - стопора (ролика) во вращающийся щетинный венец. Стопор, останавливая вращение конца ворса, способствует его деформации изгиба и тем самым обеспечивает накопление потенциальной энергии, которая после высвобождения ворса от стопора, переходит в кинетическую, что, в свою очередь, обеспечивает дополнительную ударную обработку ворсовой поверхностью дорожного покрытия [18]. Рассмотрим этот процесс подробнее (рис. а).
При вращении щетки ворс 3, достигая стопора 6 (положение АС), останавливается в точке С, а в точке А продолжает вращаться вместе с диском 2, в котором он закреплен. При этом ворс изгибается (деформируется). В положении АС ворс достигает максимального изгиба, после чего его конец в точке С освобождается от стопора и ворс начинает быстро выпрямляться до положения АВ.
Для проверки достоверности предложенного технического решения в статье сделана попытка определения линейной скорости свободного конца деформированного ворса после его высвобождения. При этом необходимо было решить задачи по определению зависимости потенциальной энергии деформации ворса от величины прогиба и линейной скорости разгибающегося ворса.
На данном этапе этого исследования использовалась теория чистого плоского изгиба консольного стержня (балки) при малых деформациях.
Если представить конечное положение ворса АВ за начальное, то положение ворса АС является результатом воздействия стопора на свободный конец ворса с определенной силой. Такое представление взаимодействия вращающегося ворса со стопором можно интерпретировать как плоский чистый изгиб консольно закрепленного стержня АВ под действием сосредоточенной силы Р, приложенной к его концу (рис. б). Такая схематизация позволяет использовать известные зависимости упругого изгиба при условии, что величина прогиба ворса v будет не большой (не более 1/3 длины ворса l).
Схема взаимодействия еорса щетки со стопором (а) и расчетная схема деформации консольного стержня (б): 1 - щеточный венец; 2 - диск щетки; 3 - ворс щетки; 4 - дорожное покрытие; 5 - слой очистки; 6 - стопор
[19],
Предполагая, что деформации малы для потенциальной энергии деформаций и используем выражение
и = 10
1 Ы^х
, (1)
10 2ШС
где Ых - изгибающий момент, Н-м; Е - модуль упругости материала стержня (ворса), Па; 1с - момент инерции поперечного сечения стержня (ворса), м4.
Уравнение изгибающего момента в произвольном сечении, расположенном на расстоянии х от защемленного конца стержня
(2) (3)
Ых = Р1 - Рх .
Подставляя (2) в (1) и интегрируя, получим
и =
Р 2 • 13 6Е1С
Для определения силы Р воспользуемся уравнением изогнутой оси балки [20]
_Р(х-1 )3 Р12 (х -1) Р13
6Е1С
2Е1с
3Е1С
где V - величина прогиба, м.
Подставляя х=1 из (4) определяем прогиб свободного конца стержня
Р13
3Е1С
Решая (5) относительно Р, получаем зависимость действующей силы от величины прогиба
Р = >Е1с .
3
(4)
(5)
(6)
Подставляя (6) в (3), получим зависимость потенциальной энергии стержня (ворса) и от величины прогиба V свободного конца стержня (ворса)
, 2
и = 3 Е1. (7)
2 С13
После прекращения действия изгибающей силы Р стержень (ворс) разгибается, и накопленная потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию.
Если представить разгибающийся ворс как стержень, вращающийся относительно точки А, то его кинетическую энергию можно определить по формуле
2
К = -
1т'
(8)
где I - момент инерции стержня, относительно оси вращения, проходящей через его конец (точка А), м4; а - угловая скорость вращения стержня, рад/с.
Для нахождения момента инерции I стержня относительно оси, проходящей через его конец, воспользуемся теоремой о параллельном переносе осей (теорема Штейнера)
V =
I = 10 + m\-\ =
дат 12
I 12 т1 + т\ — \ = — 2) 3
2
где т - масса стержня, кг.
Угловую скорость стержня выразим через линейную скорость свободного конца стержня и
и
ю = — ■ I
Подставляя (9) и (10) в (8), получим
к = I •т
2 3
3
2
— 1 =1 т1и2 . I ) 6
(9)
(10)
(11)
Будем считать, что потенциальная энергия деформации ворса после его высвобождения от стопора целиком переходит в кинетическую энергию его вращения. Приравнивая (7) и (11) получим
—Е1С — = 1 т1и 2 . 2 С 13 б
Решая последнее выражение относительно скорости и, а также учитывая, что момент инерции сечения стержня (ворса) равен 1с = (лй4)/64 и масса т = (рж1сР)/4, получаем
Е
(12)
3 уй
и =----
4 I2 \ Р
Анализ формулы (12) показывает, что линейная скорость свободного конца ворса и после высвобождения от стопора прямо пропорциональна величине прогиба у и диаметру й и обратно пропорциональна квадрату длины I. Влияние материала ворса происходит в меньшей степени: прямо пропорционально модулю упругости Е в степени 0,5 и обратно пропорционально плотности р в степени 0,5.
В таблице приводятся результаты определения скорости и по формуле (12) для щеток с металлическим и полипропиленовым ворсом различной длины и диаметра. Там же приводятся результаты расчетов по формуле (13) линейной скорости свободного конца ворса для щеток без стопора, вращающихся с угловыми скоростями = 2 с-1 (120 об/мин) и т2 = 5 с-1 (300 об/мин) и жесткости ворса при изгибе Е1.
их =юД, (13)
1 г 2
где А - диаметр щеточного венца (мм) (см. рис. а) при различной длине ворса.
й, мм 1, мм V, мм Е/-10"3, Н-м2 и, м/с А,мм VI, м/с
®1, с-1 | ю2,с-1
Со стопором Без стопора
Стальной ворс, Е = 3-1011 Па; р = 7800 кг/м3
0,5 200 60 0,9 3,49 550 3,47 8,64
0,5 100 30 0,9 6,98 350 2,20 5,50
1,0 200 60 15 6,98 350 2,20 5,50
Полипропиленовый ворс, Е = 2-109 Па; р = 900 кг/м3
3 200 60 8 5,03 550 3,47 8,64
3 100 30 8 10,10 350 2,20 5,50
5 200 60 61 8,38 550 3,47 8,64
5 100 30 61 16,77 350 2,20 5,50
2
2
Примечание: величина прогиба у принималась равной 1/3.
Сравнивая линейную скорость конца ворса при наличии и отсутствии стопора, можно сказать, что применение стопора оказывается эффективным в следующих случаях:
- при малой частоте вращения щетки (120 об/мин);
- при небольшой длине ворса (100 мм);
- при большом диметре ворса (1 мм для стального и 3 мм для полипропиленового).
Необходимо заметить, что полученные результаты относятся к примеру небольших прогибов (не более 30% длины). При больших прогибах ворса необходимо переходить к рассмотрению сильных изгибов стержней [2122].
В заключении можно отметить, что применение стопора имеет смысл при достаточной жестокости ворса при изгибе - более 8-10"3 Н-м2. В этом случае стопор как минимум позволяет значительно снизить частоту вращения щетки при сохранении эффективности ее работы, а при определенных условиях (уменьшенной длины ворса) значительно повысить ее подметальную способность.
Список литературы
1.Зедгенизов В.Г., 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 (98). С. 44-49.
2. Куксов М.П. Обзор конструкций малогабаритной подметально-уборочной техники для коммунального хозяйства // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. ст. III Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 442 с.
3.Куксов М.П. Технико-экономическая эффективность использования подметально-уборочной машины // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. статей V Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2015. 380 с.
4.Нижегородов А.И., Куксов М.П. К построению математической модели рабочего процесса подметаль-но-уборочной машины // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. №12 (83). С.88-91.
5.Алешков Д.С. Аюпова Н.Ю. Обоснование ширины ленты фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник СибАДИ. 2017. № 2(54). С. 7-11. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2017-2(54)-7-11.
6.Закиров М.Ф. Оптимизация рабочей скорости фрезерно-роторного снегоочистителя // Строительные и дорожные машины. 2015. № 10. С.55-57.
7.Марышев Б.С. Машины для зимнего содержания автомобильных дорог // Дорожная техника и технология. 2001. № 3-4. 35 с.
8. Тихонов А.А. Анализ технических характеристик фрезернороторных снегоочистителей // News of Science and Education. 2018. Т.1. № 4. С.003-005.
9.Aleshkov D.S., Sukovin M.V. Aerodynamic characteristics of the milling and rotary snowblower feeder in the loading gate area // International review of mechanical engineering (IREME). 2017. Vol. 11. No. 9. P. 701-708. DOI: 10.15866/ireme.v11i9.13832.
10. Лепеш А.Г. Научные основы повышения производительности подметальных агрегатов коммунальных машин // Инновации. 2011. № 6. С.136-139.
11. Лепеш А.Г., Лепеш Г.В. Математическое моделирование силового взаимодействия щеток коммунальных машин с дорожным покрытием // Технико-технологические проблемы сервиса. 2010. №3(13). С. 32-38.
12. Лепеш А.Г. К определению силового взаимодействия щеток коммунальных машин с дорожным покрытием // Технико-технологические проблемы сервиса. 2011. №1(15). С. 30-35.
13. Лепеш А.Г., Лепеш Г.В., Воронцов И.И. Методика экспериментального определения износостойкости щеточного ворса коммунальной уборочной техники // Технико-технологические проблемы сервиса. 2011. №2(16). С. 6-18.
14. Лепеш А.Г. Имитационное моделирование рабочего процесса коммунальной уборочной техники // Технико-технологические проблемы сервиса. 2011. №3(17). С. 32-41.
15. Лепеш А.Г. Теоретические основы процесса высокоскоростного трения и изнашивания щеток коммунальных машин // Сб. тр. междунар. науч.-прак. конф. «Теория и практика инновационного развития экономики в сфере сервиса и туризма». Калиниград. 2010. 436 с.
16. Лепеш А.Г. Функционирование и ресурс щеток коммунальной уборочной техники // Вестник Российской академии естественных наук. 2011. Вып. 15 №4. С. 128-130.
17. Лепеш А.Г. Прогнозирование изнашивания щеток коммунальных машин // Технико-технологические проблемы сервиса. 2010. № 2(12). С. 25-34.
18. Патент RU 220786. Щеточное устройство подметально-уборочной машины / В.М. Лисовенко, М.С. Алтунина, В.В. Зубов, А.В. Кречко, В.А. Сухарникова. Опубл. 03.10.2023.
19. Взрывные явления. Оценка и последствия: в 2-х кн. Кн. 1. / У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэлтайн и др.; пер. с англ. под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. М.: Мир, 1986.
20. Теория упругости, перев. с англ., Тимошенко С.П., Гудьер Дж. // Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1975.
21. Попов Е.П. Теория и расчет гибких упругих стержней. М.: Наука, 1986.
22. Вальщиков Ю.Н. Производство, расчет и конструирование щеточных устройств. Л.: изд-во ЛГУ, 1974.
Кречко Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Шахты, Шахтинский автодорожный институт (филиала) ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова,
Лисовенко Василий Михайлович, канд. техн. наук, доцент, dmitriyy. [email protected], Россия, Шахты, Шахтинский автодорожный институт (филиала) ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова,
Алтунина Мария Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Шахты, Шахтинский автодорожный институт (филиала) ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова,
Зубов Виктор Владимирович, канд. техн. наук, zubovv.v@mail. ru, Россия, Шахты, Шахтинский автодорожный институт (филиала) ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова.
INCREASING THE EFFICIENCY OF THE BRUSH DEVICE SWEEPER A.V. Krechko, V.M. Lisovenko, M.S. Altunina, V.V. Zubov.
The article defines the directions for achieving the efficiency of the working process of the brush device of sweeping machines. It is proposed to increase the linear speed of the free end of the brush by radially introducing a rod - stopper (roller) into the rotating brush rim. To check the reliability of the proposed technical solution, the article makes an attempt to determine the linear speed of the free end of the deformed pile after its release. At the same time, the problems of determining the dependence of the potential energy of deformation of the pile on the magnitude of the deflection and the linear speed of the unbending pile were solved. The results of determining the speed of the free end of the rod for brushes with metal and polypropylene bristles are presented.
Key words: brush (brush device), stopper, pile, bending (deflection), rod, linear speed, brush rotation
speed.
Krechko Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Shakhty, Shakhty Automobile and Road Institute (branch) of SRSPU (NPI) named after M.I. Platov,
530
Lisovenko Vasily Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, dmitriyy. lisovenko@rambler. ru, Russia, Shakhty, Shakhty Automobile and Road Institute (branch) SRSPU (NPI) named after M.I. Platov,
Altunina Maria Sergeevna, candidate of technical sciences, docent, mariyaltunina@mail. ru, Russia, Shakhty, Shakhty Automobile and Road Institute (branch) SRSPU (NPI) named after M.I. Platov,
Zubov Viktor Vladimirovich, candidate of technical sciences, zubovv. v@mail. ru, Russia, Shakhty, Shakhty Automobile and Road Institute (branch) of SRSPU (NPI) named after M.I. Platov
УДК 614.847; 625.76.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-531 -532
КРУГЛОГОДИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИСПОСОБЛЕННОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
А.В. Кузнецов, Н.М. Илларионова, В.П. Кузнецов, Е.Г. Воронцова
Рассмотрены основные аспекты круглогодичного применения приспособленной техники для устранения последствий от чрезвычайных ситуаций и обеспечения пожарной безопасности в труднодоступных районах. Отражено текущее состояние нормативных документов по пожарной безопасности в части использования такой техники. Предложены рекомендации для внесения изменений в озвученные нормативные документы, применительно к использованию приспособленной техники в РФ.
Ключевые слова: приспособленная техника, уборочные машины, расчистка, тушение пожаров, аварийно-спасательные работы, навесное оборудование.
Приспособленной техникой следует считать дорожные, сельскохозяйственные и строительные машины и устройства, оснащённые пожарно-техническим вооружением (главным образом, ёмкостями, рукавами, пожарными стволами) [1] и оборудованием для круглогодичной расчистки подъездных путей к местам ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Данные машины способствуют оперативной доставке обычной пожарной и спасательной техники (за счёт поддержания или восстановления удовлетворительного состояния подъездных путей), а также являются вспомогательными средствами для ведения аварийно-спасательных операций и тушения пожаров.
В Правилах противопожарного режима в Российской Федерации (далее - ППР) приспособленная техника упоминается всего два раза. Пункт 58 ППР обязывает руководителей организаций обеспечивать исправное техническое состояние приспособленной техники и закреплять за данной техникой водителя, который прошел специальную подготовку для работы на ней [2]. Требования, предъявляемые в ППР к приспособленной технике, могут быть не совсем достаточными для её эффективного использования в борьбе с пожарами и при осуществлении аварийно-спасательных работ. Кроме того, в Рекомендациях по организации пожаротушения в сельской местности 2000 года, содержатся сведения, относящиеся, в основном, к применению сельскохозяйственных машин и устройств в качестве приспособленной техники [1]. Поэтому вопросы, связанные с реализацией круглогодичной эксплуатации всех видов приспособленной техники являются весьма актуальными.
Следует отметить, что случаи использования приспособленной техники в России не ограничиваются какими-то единичными эпизодами. Особенно необходима данная техника для тушения пожаров и осуществления аварийно-спасательных работ в труднодоступных районах. Например, в августе 2022 года по поручению мэра Москвы в Рязанскую и Владимирскую области были направлены бульдозеры, тракторы, поливомоечные машины и другие виды дорожной и строительной техники от столичных коммунальных организаций для борьбы с лесными пожарами (рис. 1).
Приспособленные дорожные и коммунальные машины, в зависимости от климатического сезона, должны быть оснащены дополнительным сменным оборудованием для расчистки подъездных путей к труднодоступным районам проведения аварийно-спасательных работ.
В зимний период, с помощью сменного оборудования, должно обеспечиваться (частичное или полное) устранение многослойных участков зимней скользкости. Очевидно, что указанные участки имеют различную толщину и неоднородную поверхность [3, 4], поэтому для их устранения необходимо комплексное воздействие базового и дополнительного оборудования приспособленных уборочных машин.
С целью устранения многослойных участков зимней скользкости было разработано устройство ударного действия для плужно-щёточных машин [5, 6] (рис. 2).
Комплексное воздействие по устранению участка зимней скользкости осуществляется за счёт отвала, необходимого в этом случае для выравнивания поверхности данного участка, а также вращающихся на коленчатых валах ударных узлах с отбойниками, разрушающих последующие слои уплотнённого снега и льда, которые, в свою очередь, сметает щёточное оборудование.
При этом привод дополнительных устройств в большинстве современных коммунально-уборочных тракторов Минского тракторного завода (МТЗ) обеспечивается благодаря специальным боковым валам отбора мощности.
При помощи дополнительных рабочих органов приспособленных машин в весенне-осенний период должна выполняться расчистка подъездных путей от различных завалов, препятствующих [7] своевременному прибытию пожарной и спасательной техники к местам ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
