CC BY
153
УДК625.658
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПЕРЕОБОРУДОВАНИЯ ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ ДЛЯ УБОРКИ СНЕГА ПРИДОМОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ
А.В.Стукач1, А.В.Наумов2, А. А. Соловьев3 1,3Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А 2Санкт - Петербургский государственный политехнический университет,
195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.
Аннотация - В работе проведен анализ состояния дел, связанных с уборкой внутридворо-вых территорий от снега. Предложен алгоритм выполнения проектных работ с использованием среды MathCad и Solidworks по переоборудованию фронтальных погрузчиков бульдозерным отвалом для очистки территорий от снега
Ключевые слова: снег; механизированная уборка; погрузчик; модель; отвал.
THE TECHNICAL SOLUTION OF THE CONVERSION OF THE FRONT LOADERS
FOR SNOW HOUSE LAND PLOTS
A.V.Stukach, A.V. Naumov, A.A.Solovyev
St. -Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, street Kavalergardsky, 7 St.-Petersburg statepolytechnical university, 195251, St. Petersburg, Politekhnicheskaya St., 29.
Abstract -In work the analysis of the cases connected with cleaning of internal yards from the snow. The algorithm of performance of design works with MathCad and Solidworks environment use on re-equipment of face-to-face loaders by a dump for cleaning of territories of snow is offered Keywords: snow; mechanized cleaning of the loader; model; a dump.
В холодное время года природа часто преподносит нам сюрпризы. Если даже синоптики своевременно предупредили жителей города о выпадении атмосферных осадков, необходимость убирать снежные завалы всё равно остаётся. Если, владельцам дачных домов достаточно обзавестись лопатами для расчистки двора и подъездных путей, то в городе придомовые территории должны убираться компаниями, профессионально занимающимися уборкой и вывозом снега. Какие преимущества даёт механизированная уборка снега? Во-первых, вполне очевидно, что с применением специальной техники можно расчистить территорию гораздо быстрее, чем с помощью обыкновенных лопат и прочих приспособлений. Во-вторых, для расчистки придомовых территорий приходится меньше привлекать персонал дворников, отрывая его от других должностных обязанностей. Кроме того, уборка с применением
техники механизированным способом позволяет одинаково легко избавиться как от свежевыпавших завалов, так и от слежавшегося снега. Важно понимать, что на протяжении каждой зимы уборка и вывоз снега в Санк-Петербурге в зимний период является одним из самых актуальных вопросов. Снег с улиц нужно убирать, причем не тогда, когда он слежится и превратиться в массу, схожую по твердости с бетоном, а сразу же после осадков или во время их, если снег идет, не прекращаясь, сутки и более. Именно это и является одной из основных проблем, наверное, всех без исключения российских населенных пунктов. Как всегда, снегоуборочной техники и грузовиков для вывоза снега не хватает, и очистить весь район и город в целом быстро не получается. Вопреки существующему мнению, что снег - это легкая субстанция, такое суждение являются несостоятельным. На его уборку, вывоз с городских
улиц и последующую утилизацию ежегодно в России тратятся миллионы бюджетных рублей.
Снежные заносы для Санкт-Петербурга имеют ещё одну негативную сторону. Кроме транспортного коллапса, обильные снегопады наносят непоправимый вред многочисленным памятникам архитектуры. От не вовремя убранного снега рушатся старые дома и набережные ограды. Большие снежные сугробы скрывают, также, груды мусора, которые по весне становятся для города настоящей катастрофой.
В течение года, в Санкт-Петербурге, среднее количество дней с осадками -около 200 (от 13 дней в апреле до 22 дней в декабре), в среднем число часов с осадками за год - 1300 [1]. Снежный покров в городе на Неве сохраняется в среднем 4,3 месяца [2].
Вместе с этим количество суточных осадков по годам неравномерно. Так снегопад, прошедший в Санкт-Петербурге в ночь с 23 на 24 декабря 2009, по количеству свежевыпавшего снега в декабре был самым сильным за период 130 лет. В течение вечера 23 декабря, с 18.00 до 00.00, выпало 9 см снега. С полуночи до 9.00 24 декабря уровень снежного покрова увеличился еще на 14 см. Между тем, в 2006 году максимальный показатель суточного выпадения снега был - 4,4 см, а за декабрь составил - 12,4 см. В декабре 2007 года среднесуточный снежный покров составлял - 2,6 см, 2008 года - 4,7 см.
Умеренные снежные осадки рационально убирать механизированными щетками. Глубокие исследования взаимодействия щеток с дорожным покрытием изложены в работе [3].
Зима в средней полосе России продолжительна, с низкими температурами, обильными осадками. В зимний период в среднем выпадает около 80-110 мм осадков. Высота снежного покрова порой достигает 80 - 90 см. Непредсказуемость - это характерная черта для зимы в России. Метель и снегопад могут обрушиться внезапно, поэтому от того, насколько оперативно будут организованы и проведены мероприятия по уборке и вывозу снега, во многом зависит жизнь города, иногда непогода может ее просто парализовать на какое-то время. Выше указанное, наглядно комментирует публикация
[4]: «Внутридворовые пространства и тротуары Московского и Василеостров-ского районов заблокированы снегом. Чтобы выехать надо 30 минут убирать снег».
Сейчас много сил и средств выделяется на выполнение мер по грамотной организации работ, направленных на уборку снега и его утилизацию, очистку от наледи. Следует отметить, что выбор технических средств по уборке снега, утилизации снега и пр. достаточно большой. Наиболее применение нашли машины, показанные на рис.1.
V
а)
Рисунок 1. Машины для уборки снега:
а) фронтальный погрузчик «CATERPILLAR»; б) экскаватор - погрузчик «TEREX»; в) погрузчик - экскаватор Компания JCB
На приведенном рисунке показано, что качестве основной техники используются главным образом, фронтальные погрузчики. Они хороши и надежны при работе на грунтах и в тоже время мало приспособлены для уборки снега.
Особенность физических свойств снега в том, что его можно уплотнять, добиваясь уменьшения объема. Так объем свежевыпавшего снега может быть
уменьшен в 12 - 15 раз. При сгребании снега бульдозерным поворотным отвалом за счет его вертикального и продольного перемещения вдоль отвала, происходит его уплотнение в 3 - 5 раз. Следовательно, для его транспортировки потребуется значительно меньше машин.
Переоборудование фронтальных погрузчиков бульдозерными отвалами требует дополнительных конструкторских и расчетных работ. Поэтому в среде МаШСаё и БоНё’^гкв была проделана работа по расчету элементов бульдозерного отвала. В целом алгоритм выполнения работ может быть следующим.
На первом этапе определяются силы, действующие на отвал. Сила сопротивления резанию находится из выражения:
(1)
где: к - удельное сопротивление лобовому резанию; И1 - глубина резания; Ь -длина отвала.
Сила сопротивления перемещению призмы снега определяется из формулы 2:
Илр=УлрУс№, где: Упр - объем призмы снега; -удельный вес снега; ц1 - коэффициент трения снега о снег.
Сила сопротивления снега по отвалу может быть найдена из выражения (3):
Жп — УПРус соэ (ц28)£ (3)
где: ц2 - коэффициент трения снега о сталь; 5 - угол резания.
Сила сопротивление трению ножа отвала рассчитывается по формуле:
Щр = ц2 (К ■ Тп ■ № + (’\ )я (4)
где: к - коэффициент использования тягового усилия; Тп - номинальная сила тяги; - угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале; G1 - собственный вес рабочего оборудования.
На втором этапе расчет осуществляется в БоН^огкБ с помощью функции БтаШопХргевв. Создав модель, по заданным размерам, и выбрав материал, закрепляем отвал, как показано на рис.2.
Используя значения сил, полученных на первом этапе проектирования, нагружаем модель, как представлено на рис.3.
Результаты расчета можно представить в виде эпюры перемещений или эпюры эквивалентных напряжений показанных на рис. 4, 5. Для наглядности деформация увеличена.
По результатам выполненных вычислений можно построить зависимость величины сил, действующих на отвал, от длины отвала. Результаты представлены в виде графиков на рис.6.
Рисунок 2. Модель отвала
Рисунок 3. Схема нагружения отвала
Рисунок 4. Эпюра перемещений
Используя предложенный алгоритм выполнения технического решения, легко создать, практически к любому фронтальному погрузчику, сменное рабочее оборудование в виде бульдозерного отва-
ла для уборки снега в придомовых территориях.
von Mises CNAnA2)
1 416,777,888.0 382,881,376.0 347,344,832.0 . 312,628,320.0 Ш . 277,911,808.0
243.195.280.0
208.478.752.0 Н 173,762,240 0 Щ. 139,045,712.0 Н. 104,329,192.0
1 89,612,664.0 34,896,144.0 179,622.1 —►Yield strength: 241,275,200.0
Рисунок 5. Эпюра эквивалентных напряжений
Wp(u - ТОЛ>
и *"*
ц!-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------—
1 1.5 2 15
Рисунок 6. Зависимость величины сил, действующих на отвал, от длины отвала:
- сила сопротивления перемещению призмы снега; - сила сопротивления резанию; - сила сопротивления перемещению по отвалу
Снег представляет собой существенную проблему на множестве территорий: он загромождает проезды, мешает нормальному движению пешеходов, нарушает работу инфраструктуры и ухудшает эстетическое восприятие объектов. Кроме того, при таянии снег образует достаточно много воды, которая способна затопить различные помещения или
же вызвать образование глубокой грязи на территории.
Снег относится к разряду отходов 4го класса опасности. Поэтому, решение проблем, связанных с его утилизацией, является серьезным звеном в цепочке мероприятий по очистке внутриквартальных территорий и улиц. Вывозить снег за пределы городской черты и сваливать его в реку или ближайший овраг запрещено экологами. Вследствие этого его либо вывозят транспортом на специальные полигоны, либо утилизируют снежную массу при помощи снегоплавильных станций. Они могут быть стационарными и передвижными. Но какими бы ни были полигоны для сбора снега, все они должны соответствовать нормативным документам, регулирующим работу гидротехнических сооружений (ГТС), к которым и относятся подобные площадки [5,6,7].
Решение проблемы снега - это решение задачи комфортного проживания людей в зимний период, снижения травматизма от падений во время гололеда, во многом решение парковки транспорта и в целом улучшения социальных условий.
Литература
1. Даринский А. В. География Ленинграда. - Л.: Лениздат, 1982. - С. 21 - 29
2. Википедия. http://ru.wikipedia.org/wiki
3. Лепеш А.Г., Лепеш Г.В. Математическое моделирование силового взаимодействия щеток коммунальных машин с дорожным покрытием. /технико-технологические проблемы сервиса №(3)13,2010 г. Стр. 32-38
4. http://www.pogoda.spb.ru/news/spb/2009/12/144 6580/
5. СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений»;
6. СНиП 2.02.02-85 «Основания
гидротехнических сооружений»;
7. СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические
сооружения. Основные положения
проектирования».
1 Стукач Александр Васильевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Автосервис», СПбГУСЭ, тел.: (812) 248-71-18, моб.:+1 904 552 97 15, e-mail: alst2004@mail.ru;
2 Наумов Александр Владимирович - студент Санкт-Петербургского политехническогоуниверси-тета. Механико-машиностроительный факультет, гр.4045/1, e-mail: skisk8finx@gmail.com:
3 Соловьев Александр Александрович - ст.преподаватель кафедры «Экономика природопользования и сервис экосистем»,е-таИ:а8о1пеуа@таИ.ги , моб.:+7 904 633 02 76
