Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 03.11.2014

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 км/ч.

Рис. 15.9. Классификация роторных снегоочистителей. Я 418

Классификация роторных снегоочистителей приведена на рис. 15.9.

При разработке снега малой плотности применяют плужно-ротор­ные 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/м2 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 ро­торно-лопастной метатель. Шнеки питателя могут быть установлены как горизонтально, так и под углом к поверхности дороги. Снег большой плотности р > 300 кг/м2 целесообразно разрабатывать фрезерно-ро­торными 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 трех — или 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-
ного аппарата можно снизить применением систем газовой смазки по­верхностей трения снега о рабочие органы. Например, путем газовой смазки поверхности неподвижного кожуха метателя можно на 20-40% уменьшить энергоемкость привода лопастного ротора.

Попутный поддув аппарата выброса позволяет примерно на 20% повысить дальность метания снега за счет уменьшения аэродинамического сопротивления на начальном участке баллистической траектории поле­та, где снег имеет наиболее высокую скорость и, соответственно, макси­мальны силы аэродинамического сопротивления. В качестве источника газа используют воздуходувку, которая может быть установлена соосно лопастному ротору, но имеет более высокую частоту вращения. Повы­шение эффективности прохода снега от фрезерного или шнекового пита­теля в метательный аппарат обеспечивает забрасывающее устройство, например, в виде смонтированного на валу питателя дополнительного лопастного барабана.

Расчет роторного снегоочистителя содержит определение ра­циональных параметров процессов взаимодействия питателя и метатель­ного аппарата со снегом, кинематический, энергетический и прочностной расчет рабочего органа, элементов его конструкции и системы управле­ния, определение нагрузок на оси колесной машины или гусеничное хо­довое устройство, тягово-динамические расчеты, определение баланса мощности, расчеты дальности метания снега, продольной и поперечной вертикальной устойчивости машины, определение производительности. При проектировании снегоочистителей должны быть учтены требова­ния, предъявляемые к машинам, предназначенным для эксплуатации в районах с холодным климатом.

При работе наиболее распространенных шнекороторных и фрезерно­роторных снегоочистителей в процессе поступательного перемещения машины перед рабочим органом образуется снежный забой, в котором правая и левая половины шнеков или фрезы вырезают серповидные стружки снега. Достаточно высокая частота вращения питателя обеспе­чивает распределение снега под действием центробежных сил по ок­ружности вращения шнека или фрезы и одновременное перемещение его в осевом направлении к середине рабочего органа, для чего правая и левая половины питателя имеют противоположное направление винто­вых лопастей. В средней части корпуса рабочего органа образовано окно, через которое снег забрасывается в метательный аппарат винтовыми лопастями, получая в момент схода них ускорение в радиальном, танген­циальном и осевом направлениях относительно питателя.

В метательном аппарате снег поступает на лопасти ротора, транс­портируется ими по неподвижному цилиндрическому кожуху в виде призмы волочения перед каждой лопастью с одновременным перемеще­нием вдоль лопастей в радиальном направлении и выбрасывается из метателя под действием центробежных сил через направляющий патру­бок. В первую очередь покидают лопасти метателя в тангенциальном направлении при достижении направляющего патрубка фрагменты сне­га, находящиеся у поверхности кожуха, со скоростью, равной окружной скорости ротора. Затем происходит сход с лопастей более удаленных от края фрагментов снега с абсолютной скоростью (м/с), равной геометри­ческой сумме окружной скорости ротора vp и радиальной скорости приобретенной этими фрагментами к моменту схода с лопасти:

(15.22)

Максимальная дальность транспортирования снега метателем огра­ничена аэродинамическим сопротивлением и составляет в среднем не более 50-60 м независимо от максимальной частоты вращения лопастно­го ротора.

Плужные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэро­дромов от свежевыпавшего и слежавшегося снега путем перемещения его отвалом, установленным под углом к направлению движения маши­ны, 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 1­2 см после прохода отвала, а также скоростные плужные снегоочистите­ли, 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 автогрейде­рах 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 до 1 м/с в гусеничном варианте.

Плужно-щеточные снегоочистители в основном базируются на колес­ных тракторах, автогрейдерах и автомобилях и разрабатывают свежевыпав­ший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью 2,5-5,5 м/с. Скоростные плуж­ные снегоочистители базируются на автомобилях и разрабатывают свежевы­павший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью более 7 м/с. Скоростные снегоочистители в основном применяют на загородных дорогах для отбрасы­вания снега за один проход за обочину дороги и в придорожный кювет.

По типу рабочего органа плужно-щеточные и скоростные снего­очистители бывают одноотвальные, а снегоочистители сдвигающего дей­

ствия — как одноотвальные, так и с двумя симметрично установленными углами перед отвалами.

Плужные снегоочистители

Плужмо — щеточные

Сдвигающего действия

Скоростные отбрасывающего действии

Базовая машина

І Є * І О & * F

8 Ї £

Рабочий оргая

Одн ©отвальный

Двухотвалшый

Неповоротный косоустяновлекный

С фиксированным поворотом в плаче

С бесступенчатым поворотом в плане

Дополнительное оборудовлние

Папопттяише		Опорное		Механизм изме­нении углов ре­		Предохрани-
открылки		устройство		зания и наклона		устройство
				отвала

Рис. 15.6. Классификация плужных снегоочистителей.

Секции отвала, поворачивающие­ся в продольной плоскости

Опорное колесо

Опорная лижа

Секции отвала, поворачивающи­еся в поперечной плоскости

Гндропнев — магические «морім зато* ры о пиша

Секи»» отвала, перем ещающиеся плоскопаралельяо

Пружинные амортзато* ры отвал*

al

Чи

Рис. 15.7. Схемы плужных снегоочистителей: а — одноотвальный на автомобиле или колесном тракторе; б ~ одноотвальный скоро­стной с дополнительным открылком; в — плужно-щеточный; г — двухотвальный тракторный.

В)

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 + W + Wrl+W +W + W+W. (15.10)

рез пр под пер ин p m ‘

Сопротивление (Н) снега резанию направлено вдоль оси движения машины:

W = К Bh, (15.11)

рез рез ’ 4 ‘

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 = тпрё tg Р sin(q> + <5) ■ (15.12)

Силу инерции снега W необходимо учитывать для плужных и плуж­но-щеточных снегоочистителей, имеющих достаточно высокую рабочую скорость — vm > 1,5-2 м/с. Сила W возникает вследствие затрат энер­гии на разгон снега при переходе из неподвижного массива в движущу­юся призму волочения. Вдоль оси движения машины

wu„ = BhPa, vlsin2<Pl2g (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

р _ Bhpmvlsin(p B2hpjgpcos2S “ 2g 2sin(pcos(ф + 5)’ (15.14)

Тогда сопротивление (Н) перемещению призмы вдоль отвала в проекции на ось движения машины

Wnep = PJg 5 cos (p. (15.15)

Нормальная составляющая силы Рн на лобовую поверхность ножа отвала равна Рн 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

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 = Gjg5, (15.17)

где Go — вес отвала, Н. При использовании опорных колес отвала коэф­фициент 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.

Рис. 15.8. Расчетная схема продольной горизон­тальной устойчивости плужного снегоочистите­ля: А — центр масс при­змы волочения.

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).

Особенность расчета состоит в том, что сила сопротивления при­змы волочения Wnp приложена к центру масс призмы, силы резания Wpe3, инерции снега W’ан и трения отвала Wm/i приложены к середине отвала, а силы подъема стружки Wnr>a и перемещения стружки вдоль отвала Wnep частично приложены к точке, являющейся проекцией центра массы при­змы на поверхность отвала, а частично — к середине отвала и действуют в плоскости отвала. Это заставляет учитывать разные плечи составляю­щих сил сопротивления при определении разворачивающего момента. Действие продольных составляющих сил сопротивления асимметрично продольной оси машины, что создает дополнительный удерживающий момент, противоположный моменту от действия боковых сил. Сила тре­ния отвала Wmp в данном случае направлена перпендикулярно продоль­ной оси машины и также создает удерживающий момент. С учетом изложенного получают уравнения, определяющие условия равновесия моментов относительно центра передней оси машины и относительно центра задней оси машины. Силы сопротивления боковому скольжению колес передней Rf и задней оси R2:

R = (G — G )(1 — К ) У; R = (G — G) KJ. (15.18)

/ 4 м сг р s сц’ 2 ‘ м о’ pi сц1 ‘

где Gм и Go — вес машины в целом и отвала.

Для плужного снегоочистителя, смонтированного на гусеничной машине, удерживающий момент сопротивления боковому скольжению гусениц принимают равным 0,25 (Gm — GJ 10П(рб0К, где lan — длина опор­ной поверхности гусениц; <р6ок — коэффициент бокового сцепления гусе­ниц с опорной поверхностью.

Расчеты плужно-щеточного снегоочистителя дополнительно содер­жат расчет цилиндрической щетки, который отличается от расчета щет­ки подметально-уборочной машины наличием сопротивления резанию снега щеточным ворсом:

W = К Bh, (15.19)

рез рез о ’

где ho — толщина слоя снега на дороге после прохода отвала, ho = 0,01-0,02 м.

Мощность привода цилиндрической щетки (кВт)

= (Pf. + KJhJiR — h)®Kj (1000ц) ; (15.20)

где Р — вертикальная реакция взаимодействия щетки с дорогой, Н; I — длина щетки, м; h — деформация ворса щетки без учета толщины ko, м.

Суммарное сопротивление (Н), возникающее при работе плужно­щеточного снегоочистителя:

Г = W+ К Bh, (15.21)

п. щ рез о’ ‘ ‘

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.