В качестве базовых машин для монтажа подметально-уборочного оборудования применяют маневренные автомобили малой и средней грузоподъемности, самоходные шасси, колесные тракторы и одноосные или двухосные прицепы.
Расчет подметально-уборочной машины включает в себя определение рациональных параметров процесса взаимодействия рабочих органов с дорожным покрытием и нагрузок на оси машины, выбор базовой машины, расчет систем транспортирования смета, разгрузки его и обеспыливания, прочностные расчеты кузова и рабочих органов, тяговодинамические расчеты, определение баланса мощности и производительности, расчеты маневренности, устойчивости, управляемости и др.
При взаимодействии цилиндрической щетки с дорожным покрытием можно выделить четыре характерных положения отдельных прутков ворса (рис. 15.5).
я |
Рис. |
15.5. Схема |
взаимодействия |
|
цилиндрической |
щетки с дорож- |
3 |
ным |
покрытием; |
I — начало |
контакта |
ворса |
с покрытием; |
11 — |
S |
квазивертикальное |
расположение ворса; III - |
конец |
контакта |
3 |
|
ворса |
с покрытием; IV |
- |
конец выпрямления |
ворса. |
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
В начале |
контакта |
очередного |
прутка |
ворса с дорогой (положение |
g |
I) под действием растягивающей центробежной силы он занимает ради- |
£ |
альное положение под углом к вертикальной оси. По мере дальнейшего |
^ |
поворота щетки с угловой скоростью со происходит изгиб прутка и на- |
Л |
капливание в |
нем |
потенциальной |
энергии |
упругой деформации |
(поло- |
gжение II), при этом ворс перемещает своими концами загрязнения вдоль
§дорожного покрытия. В конечный момент контакта с дорогой пруток
•410
находится в изогнутом состоянии (положение III), затем резко разгибается, отбрасывая загрязнения и смет со скоростью v под углом а = 20° к горизонту и вновь занимая радиальное положение (IV). За время возврата прутка ворса в радиальное положение щетка успевает совершить поворот на некоторый угол у. Радиальное положение IV является средним, относительно которого пруток определенное время совершает затухающие изгибные колебания в плоскости вращения щетки.
15.2. Машины |
для зимнего содержания дорог и |
аэродромов |
15.2.1. Плужные |
снегоочистители |
|
Плужные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэро- |
дромов от свежевыпавшего и слежавшегося снега путем перемещения |
его отвалом, установленным под углом к направлению движения маши- |
ны, в боковой вал или баллистическим отбрасыванием под действием |
инерционных сил. |
|
|
Классификация плужных снегоочистителей приведена на рис. 15.6. |
Плужные снегоочистители, сдвигающие снег по ширине захвата в виде |
снежного вала, используют при расчистке дорог после снегопада. Для |
патрульной очистки дорог во время снегопада от свежевыпавшего снега |
применяют плужно-щеточные снегоочистители, оборудованные помимо |
переднего отвала цилиндрической щеткой, установленной под углом 60° |
к направлению движения машины для зачистки слоя снега толщиной 1 - |
2 см после прохода отвала, а также скоростные плужные |
снегоочистите- |
ли, отбрасывающие снег на расстояние до 10-15 м (рис. 15.7). |
|
Плужные снегоочистители сдвигающего действия базируются на |
|
гусеничных и колесных тракторах и тягачах, автомобилях и автогрейде- |
- |
pax и обеспечивают разработку снега толщиной 0,3-0,4 м со скоростью |
* |
до 2 - 3 м / с в колесном |
варианте и толщиной до 1 — 1,5 м со скоростью |
Э |
до 1 м / с в гусеничном |
варианте. |
S |
Плужно-щеточные снегоочистители в основном базируются на колес- |
з |
ных тракторах, автогрейдерах и автомобилях и разрабатывают свежевыпав- |
5 |
ший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью 2,5-5,5 м/с . Скоростные плуж- |
м |
ные снегоочистители базируются на автомобилях и разрабатывают свежевы- |
§ |
павший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью более 7 м/с. Скоростные |
н |
снегоочистители в основном применяют на загородных дорогах для отбрасы- |
о |
вания снега за один проход за обочину дороги и в придорожный кювет. |
| |
По типу рабочего органа плужно-щеточные и скоростные снего- |
® |
очистители бывают одноотвальные, а снегоочистители сдвигающего дей- |
§ |
ствия - как одноотвальные, так и с двумя симметрично установленными углами перед отвалами.
Плужные снегоочистители
|
Сдвигающего действия |
Плужмощеточные |
|
|
|
Скоростные |
|
|
|
отбрасывающего действии |
|
|
|
Бвэовая |
машинн |
|
|
|
|
|
|
|
|
I е |
|
|
|
|
|
8 С |
|
|
«I |
|
|
|
|
|
|
|
§ & |
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочий орпн |
|
|
|
|
|
Дэухотмлышй |
|
|
|
|
Одноствольный |
|
|
|
Внд 07В8ЛЯ |
|
|
|
|
|
Ннтоворотный |
I |
|
|
С бесступенчатым |
|
С ФИКСИРОВАННЫМ |
|
|
|
поворотом |
|
|
поворотом |
|
косоуспяовленяый |
в плаче |
|
|
в плане |
|
|
Дополнительное оборудовлние |
Г |
|
|
|
|
1 |
|
, |
|
|
|
|
Дополяктатмые |
Опорное |
|
Механизм изме- |
Предохрани- |
|
|
нения углов ре- |
тельное |
S |
открылки |
устройство |
зания н наклона |
|
|
|
|
отвала |
|
устройство |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
Опорная лижа |
Опорное колесо |
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
Гндропнев- |
|
|
Секции отвала, |
Секции отвала, |
а. |
|
Секи»» отвала, |
и |
Пружинные |
магические |
поворачивающие- |
поворачивающи- |
и |
амортизато- |
«мортозато» |
перемещающнеся |
ся в продольной |
еся в поперечной |
о |
ры отвал* |
ры отвала |
плоскопаралельяо |
плоскости |
плоскости |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
ь |
Рис. 15.6. Классификация |
плужных |
|
снегоочистителей. |
о |
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 15.7. Схемы плужных |
снегоочистителей: |
а - одноотвальный |
на автомобиле или колесном |
тракторе; |
б ~ одноотвальный |
скоро- |
стной с дополнительным |
|
открылком; |
в - |
плужно-щеточный; |
г - двухотвальный |
тракторный. |
|
Отвалы снегоочистителей могут иметь жесткое крепление или возможность изменения угла установки в плане - с определенным шагом с помощью жестких фиксаторов или бесступенчато с помощью гидроцилиндров управления. В качестве дополнительного оборудования применяют дополнительные боковые открылки, увеличивающие ширину захвата снегоочистителя, опорные устройства в виде стальной лыжи или опорных колес, позволяющих отвалу копировать рельеф дороги при плавающем положении гидроцилиндров подъема, механизм изменения углов резания и наклона отвала в вертикальной плоскости в соответствии с изменением прочности и плотности снега, а также предохранительное устройство, которое уменьшает динамическую нагрузку на рабочее оборудование снегоочистителя при наезде отвалом на непреодолимое препятствие (бордюрный камень, крышку канализационного люка и др.).
W = W + Г |
пр |
+ W „+ |
W |
+ W |
+ W |
+ W |
. |
(15.10) |
о |
рез |
под |
пер |
ин |
р |
м |
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
Сопротивление (Н) снега резанию направлено вдоль оси движения оо.
машины: о
ч
|
Wрез |
= Крез Bh ', |
(15.11) |
где К ~ |
удельное сопротивление снега |
резанию. |
Сила |
сопротивления, |
возникающая |
в результате трения призмы |
волочения разрабатываемого снега о дневную поверхность, приложена к центру масс призмы и направлена в сторону, противоположную вектору
абсолютной скорости движения |
призмы. В проекции на ось движения |
машины это сопротивление (Н) |
призмы волочения |
|
wnp = mnpg |
tgpsin((p+ |
5) . |
(15.12) |
Силу инерции снега Wuh необходимо учитывать для плужных и плуж- но-щеточных снегоочистителей, имеющих достаточно высокую рабочую скорость - VM > 1,5-2 м / с . Сила WuH возникает вследствие затрат энергии на разгон снега при переходе из неподвижного массива в движущуюся призму волочения. Вдоль оси движения машины
wun = Bhpaivlsin2<p/2g |
(15.13) |
Сопротивления подъему стружки снега вверх по отвалу Wпоа и перемещению призмы волочения вдоль отвала W определяются нормальной к отвалу составляющей активных сил W и Wuii. Пассивным давлением от веса призмы на лобовую поверхность отвала можно пренебречь. Нормальная к отвалу составляющая сил инерции и трения призмы волочения
_ Bhpmvlsin(p | |
B2hpjgpcos2S |
|
2g |
2sin(pcos((p + 8)- |
( 1 5 1 4 ) |
Тогда сопротивление (Н) перемещению призмы вдоль отвала в проекции на ось движения машины
Wnep = PJg 8 cos (p. |
(15.15) |
Нормальная составляющая силы Рн на лобовую поверхность ножа отвала равна Р sin a, где a - угол резания снега в вертикальной плоскости. Сила сопротивления подъему стружки снега на лобовую поверхность ножа равна сумме сил трения стружки по ножу Рн sin a tg (р и стружки по внутренней поверхности ее контакта с призмой волочения Рн sina tgp. Тогда суммарное сопротивление подъему стружки в проекции на горизонтальную ось движения машины
Wnod = 0,5Рн (tgp + tg8) sin 2a sincp. |
(15.16) |
При большой толщине снежного покрова (h = 1-1,5 м) сопротивление подъему стружки будет в основном определяться силой тяжести стружки и пассивным давлением на отвал со стороны снежного забоя.
Сопротивление (Н) перемещению отвала снегоочистителя но заснеженной поверхности дороги при установке его в плавающее положение
Wmp = G j g 5 , |
(15.17) |
где Go - вес отвала, Н. При использовании опорных колес отвала |
коэф- |
фициент трения tg 8 заменяют коэффициентом сопротивления качению опорных колес.
Сопротивление движению базовой машины определяют аналогично сопротивлению движения поливочно-моечной машины (вес отвала при этом не учитывают). Уравнение тягово-динамического баланса также аналогично уравнению тягово-динамического баланса для поливочномоечной машины. Однако коэффициент распределения веса машины по осям К различен для рабочего и транспортного режимов, так как при работе вес отвала не действует на оси машины, а передается непосредственно на дорогу. Уравнение мощностного баланса учитывает только затраты энергии на преодоление суммарного сопротивления W, возникающего при работе плужного снегоочистителя.
Продольная горизонтальная устойчивость плужного снегоочистителя определяется равенством разворачивающего момента от действующих на отвал составляющих сил сопротивления и удерживающего момента от действующих на движитель машины сил сопротивления боковому скольжению /?; и R2 (рис. 15.8).
|
|
|
|
Рис. |
15.8. |
Расчетная |
схема |
продольной |
горизон- |
тальной |
устойчивости |
плужного |
снегоочистите- |
ля: А - центр масс |
при- |
змы |
волочения. |
|
Г П-Щ = W + Крез Bhо', |
х(15.21)' |
где W ~ суммарное сопротивление плужного |
снегоочистителя. |
В уравнениях продольной устойчивости плужно-щеточного снегоочистителя необходимо дополнительно учитывать разворачивающий момент от действия боковой силы, равной К Bhoctg Я (где Я - угол установки щетки относительно продольной оси машины) и приложенной к середине щетки, и удерживающий момент от приложенной к этой же точке силе Р{в трения ворса о дорожное покрытие. Относительно центра передней оси момент боковой силы, действующей на щетку, противоположен моменту боковой силы, действующей на отвал; относительно центра задней оси эти моменты совпадают по направлению. Кроме того, если передние колеса плужно-щеточного снегоочистителя с межосевым расположением щетки взаимодействуют с дорогой, покрытой слоем снега толщиной h , то задние колеса взаимодействуют с полностью очищенным дорожным покрытием, т. е. имеют более высокий коэффициент сцепления.
Процесс взаимодействия отвала скоростного плужного снегоочистителя со снегом характеризуется отсутствием призмы волочения снега, а также значительными инерционными силами и зависящими от них силами трения, которые действуют непосредственно в плоскости отвала. Снег вырезается отвалом в виде стружки, которая перемещается вверх по отвалу и одновременно вдоль него. Достигнув верхнего края отвала, снег выбрасывается под углом а = 45° к горизонту и под углом /3 к направлению движения машины со скоростью v , продолжая полет по баллистической траектории.
15.2.2. Роторные снегоочистители
Роторные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэродромов от снега путем роторного разгона и перемещения по баллистической траектории за пределы очищаемой поверхности или через направляющий аппарат в кузов транспортного средства. Главным параметром роторных снегоочистителей является производительность, по которой их разделяют на легкие (производительность до 200 т / ч ) , средние (до 1000 т / ч ) и тяжелые (более 1000 т / ч ) ; средняя ширина захвата роторных снегоочистителей 2,5-3,2 м; толщина разрабатываемого снежного покрова - до 1,2-2 м; дальность отбрасывания снега дорожных снегоочистителей 18-20 м, аэродромных - до 50-60 м; рабочая скорость снегоочистителей - 0,3-5 к м / ч .
Классификация роторных снегоочистителей приведена на рис. 15.9.
я
*
о
а.
§ |
Рис. 15.9. Классификация роторных |
снегоочистителей. |
Я |
418 |
|
При разработке снега малой плотности применяют плужно-ротор- ные снегоочистители с роторно-лопастным метателем, расположенным соосно направлению движения машины, и одним несимметричным относительно продольной оси машины или двумя симметричными отвалами. Такую же область применения имеют роторно-торцовые снегоочистители совмещенного действия, которые разрабатывают снежные забои непосредственно торцами лопастных роторов, выбрасывающих затем снег в сторону от направления движения машины. Роторно-торцовые снегоочистители бывают однороторные, обычно монтируемые на малогабаритных шасси для уборки тротуаров, и двухроторные, у которых оси вращения лопастных роторов параллельны оси движения машины.
Для разработки снега средней плотности рсн = 200-300 кг/м 2 применяют шнекороторные снегоочистители с двумя и более шнековыми питателями, расположенными в вертикальной плоскости, параллельной оси движения машины. Шнеки транспортируют снег к середине рабочего органа и забрасывают его в расположенный с тыльной стороны ро- торно-лопастной метатель. Шнеки питателя могут быть установлены как горизонтально, так и под углом к поверхности дороги. Снег большой плотности р > 300 кг/м 2 целесообразно разрабатывать фрезерно-ро- торными снегоочистителями или фрезерными совмещенного действия, у которых достаточно высокая окружная скорость фрезы обеспечивает одновременно выброс снега через направляющий патрубок в заданном направлении без использования отдельного лопастного ротора. Фрезерный питатель выполнен в виде трехили четырехзаходной фрезы ленточного (пустотелой) или барабанного типа, когда винтовые лопасти фрезы жестко закреплены на барабане.
По типу трансмиссии снегоочистители изготовляют с однодвигательным приводом, когда двигатель базовой машины или специальный двигатель, установленный на грузовой платформе базового автомобиля, используют одновременно для движения машины и привода рабочего органа, а также с двухдвигательным приводом раздельно ходового устройства и рабочего органа.
В качестве дополнительного оборудования роторных снегоочистителей применяют направляющий аппарат выброса снега для погрузки его в городских условиях в транспортные средства, регуляторы окружных скоростей питателя и метательного аппарата, устройства для обрушения верхнего свода снежного забоя - при большой толщине снежного покрова и лидерного разрушения снежного забоя - при повышенной прочности снега. Энергоемкость рабочего процесса питателя и метатель-
