Аналіз конструкції та обґрунтування параметрів робочого органу ударної дії машини для очищення доріг від сніго-льодових утворень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне

Аналіз конструкції та обґрунтування параметрів робочого органу ударної дії машини для очищення доріг від сніго-льодових утворень

Тхорук Є.І., к.т.н., доцент

Мимоход Б.П., аспірант

Незадовільне зимове утримання доріг призводить до зниження швидкості руху автомобілів, неповноцінному їх використанню і простою, а також значному подорожчанню автомобільних перевезень. Аналогічне утримання тротуарів міст призводить до збільшення травматизму, особливо серед людей похилого віку. Сніг і лід з проїзних частин доріг і тротуарів повинен прибиратись регулярно, так як з часом він набуває все більшої міцності і щільності і потребує використанню більш сучасних та дорогих методів очистки [1…3].

Для підвищення ефективності використання доріг велике значення має своєчасне виконання різних робіт з підтримання їх експлуатаційних властивостей. Серед найбільш трудоємких є роботи із забезпечення прохідності та безпеки руху шляхів в зимовий період. На їх долю припадає значна частина витрат праці з догляду за дорогами.

Основними видами обслуговуючих впливів на шляхах є: очищення їх від снігово-льодяних утворень, посипання піском та вивезення снігово-льодяної маси з територій, де при її таїнні може виникнути небезпека розмиву шляхового полотна.

Дослідженням даної проблеми та розробкою плужних, плужно-роторних, шнеко-роторних та фрезерно-роторних робочих органів для очищення доріг займалися провідні учені такі як Шалман Д.І., Іванов А.Н., Мішин В.А., Бялобжевський Г.В., Алєксєєв А.П., Скворцов А.Н. та інші.

На сучасному етапі розвитку техніки, що призначена для руйнувань снігово-льодяних утворень можна зробити поділ пристроїв за декількома ознаками. По-перше за проведенням операцій з очистки - це ручні пристрої та інструменти, що встановлюються на шасі (машини або трактори). По-друге за принципом дії робочого органу на середовище - механічний, ультразвуковий, термічний та термодинамічний. По-третє за призначенням - для місцевого руйнування снігово-льодяних утворень, для очищення від льодяних утворень певних об'єктів (літальні апарати, опори мостів та ін.), для очистки відносно невеликих за площею територій, а також для очищення великих за площею територій (наприклад аеродроми).

Рис. 1. Загальна класифікація робочих органів для руйнувань снігово-льодяних утворень

Для видалення льоду найчастіше використовуються механічні робочі органи ударної дії, робочі елементи яких безпосередньо контактують з робочим середовищем. В загальному їх можна поділити за характером використовуваної енергії: вібраційні, скребкові, фрезерні, щіткові, комбіновані.

Вібраційні залежності від конструктивних параметрів можуть бути виконані у вигляді вібраційного сколювача, в якому на кожен зуб припадає індивідуальний вібратор, або у вигляді плити, яка містить набір зубів із загальним вібратором. Суть роботи вібраційних сколювачів полягає в періодично повторюваних ударах невеликої енергії, але значної частоти. Піддаючись навантаженням такого роду, лід в місці контакту з інструментом отримує об'ємну деформацію, що приводить до його руйнування і відділення від масиву дорожнього покриття. Вони забезпечують високу якість очистки дорожнього покриття, низьку метало та енергоємність, але є відносно складними у конструкції.

В основу роботи скребкових механізмів покладено принцип “зскрібання” сніжно-льодових утворень з поверхні дорожнього покриття. Пасивний робочий орган являє собою лезо з прямою або профільною кромкою, закріпленою на базовому шасі. В робочому режимі лезо прижимається до поверхні дорожнього покриття і здійснює руйнування сніго-льодових утворень.

Недоліком є неефективність їх застосування для видалення міцних сніго-льодових утворень та великий питомий опір різанню [11, 12].

Фрезерні можуть бути виконані з горизонтальним і вертикальним розміщенням привідного валу, вони використовують активний робочий орган і є більш ефективнішими ніж попередні, проте проблема із не ушкодженням дорожнього покриття для них є також актуальною.

Добру якість очистки дають щіткові робочі органи, проте вони можуть використовуватись лише для прибирання малих шарів льоду [15]. Для підвищення їх ефективності капроновий ворс замінюють на металеві троси, іноді додатково використовують грузики, або використовують шайби.

Систематизація відомих технічних рішень в області механізації очистки дорожнього покриття є основою для подальшої розробки високоефективних машин для видалення сніго-льодових утворень.

Особливістю очистки дорожнього покриття є необхідність видалення сніго-льодових утворень без його пошкодження, що в значній мірі утруднює застосування механічних пристроїв.

Проведений аналіз відомих технічних рішень робочих органів для видалення сніго-льодових утворень з дорожніх покриттів та тротуарів показав, що усі вони мають недоліки: можливість пошкодження дорожнього покриття, складність конструкції, швидке спрацював ріжучої кромки та твердий зв'язок пристрою з базовою машиною, що виключає можливість копіювання поверхні покриття.

Необхідно знайти таке технічне рішення, яке б не мало вище перерахованих недоліків, забезпечувало б якісний процес очищення дорожнього покриття і було економічно доцільним.

Запропоноване технічне рішення направлене на вирішення задачі підвищення якості очистки, зниження опору сколювання та зменшення витрат енергії в режимі безперервного переміщення робочого органу, без пошкодження дорожнього покриття.

Поставлена задача досягається тим, що у пристрої для сколювання льоду, який включає плиту з зубами, розміри яких зменшуються в напрямку руху, та вібратор, є додатковий механізм, який здійснює коливні рухи плити у повздовжній площині. Цей механізм виключає жорсткій зв'язок робочого органу з базовою машиною.

Рис. 2. Запропоноване технічне рішення

Рис. 3. Коливний механізм

На рис. 2 показано загальний вигляд пристрою, вид з боку.

Пристрій складається з тягового механізму 13 прикріпленого до рами 1, на якій встановлена плита 2, до нижньої поверхні якої нерухомо кріпляться зуби 3. На плиті 2 встановлено вібратор 4 та привантажувач 5, які можна переміщати симетрично відносно центру плити. В нижній частині рами розмічений коливний механізм 6 із пружиною 7.

На рис. 3 показаний детальний вигляд коливного механізму.

Він складається з редуктора 8, який приводиться від ВВП базової машини і закріплений на рамі 1, редуктор приводить в рух вал з кулісою 12, яка в свою чергу при обертанні створю складний рух штанги. Штанга складається з двох части трубчастої 10 і суцільно 9, що дає можливість змінювати її довжину. Пружина 7 з'єднує дві частини штанги за допомогою прихватів 11,і накладає обмеження на зміну довжини.

При включенні вібратора 4 виникає направлена збуджуюча сила, яка діє на плиту 2 і приводить її до коливань. Під дією коливань зуби 3 вдаряють і утворюють тріщини в шарі льоду. Далі за рахунок заднього кута зуба 3 проходить заглиблення його в тріщину, і відокремлення шматка льоду від основного масиву. Куліса коливного механізму 12 спочатку знаходиться в положенні А і починає обертатися з кутовою швидкістю щ, яка пропорційна швидкості руху базової машини, в напрямку ABCD (див. Рис. 3). При русі по траєкторії ABC куліса 12 компенсує переміщення машини, даючи можливість плиті 2 проводити руйнування без відносного переміщення. Далі при русі куліси 12 по траєкторії CDA і переміщенні базової машини проходить розтягнення штанги 9 і накопичення енергії пружиною 7. Коли куліса 9 досягає точки А енергія накопичена в пружині 7 досягає максимального значення, що призводить до скорочення пружини 7, зменшення довжини штанги 9 яка і переміщає плиту 2 в нове робоче положення, після чого робочий цикл повторюється.

Таке виконання дозволяє проводити процес руйнування в момент, коли плита рухається в бік протилежний руху базового шасі, тобто протилежний незруйнованому масиву льоду. Зуби плити під дією вібратора будуть утворювати тріщини в льодовому масиві, занурюватись в нього і зсовувати в напрямок очищеної поверхні. За рахунок цього процес руйнування буде проходити як чисте відколювання і зсув, що забезпечить якісну очистку дорожнього покриття при менших затратах енергії в порівнянні з іншими методами очищення.

Оптимізація параметрів робочого органу зводиться до знаходження оптимальних геометричних характеристик зуба вібратора, при яких процес відшарування льоду буде проходити як чисте сколювання, що приведе до найменших затратах енергії, при цьому буде досягатися максимальна якість очищення дорожнього покриття.

Виходячи з вище сказаного слідує, що найбільш перспективними є робочі органи вібраційної дії, які мають пружній зв'язок з базовою машиною та можуть застосовуватися при розробці сніго-льодового накату будь-якої міцності, в тому числі і льоду. Робочий процес повинен виключати можливість безпосереднього контакту з покриттям, але при цьому забезпечувати повне відшарування льоду від покриття і не пошкодження останнього в процесі очищення. Використання пристрою такого типу дозволить знизити енергоємність процесу та підвищити якість очистки покриття без його пошкодження.

Література

механізація очистка дорожній покриття

1. Бялобжеский Г.В., Дюнин А.К., Плакса Л.Н. Зимнее содержание автомобильных дорог. -М.: Транспорт, 1983. - 197 с.

2. Самодурова Т.В. Организация борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогам по данным прогноза: Автореф. дис... канд. тех. Наук: 05.23.11/ МАДИ.-М., 1992. - 17 с.

3. Кузнецов А.А. Исследования процесса разрушения льда на дорожном покрытии рабочим органом ударного действия: Дис... канд.. тех. наук: 05.05.04. - 13.05.81. М., 1980. - 198 с.

4. Алексеєв А.П. Зимнеє содержание автодорог и снегоборьбы. -М.: Строительство дорог, 1961. -236 c.

5. Карабан Г.Л., Ратонов В.Б. Борьба со снежно-ледяными образованиями на дорогах с помощью химических реагентов. - М.: Стройиздат., 1976. - 81 с.

6. Баловнев В.И., Засов И.А., Карабан Г.Л. Машины для содержания и ремонта автомобильных дорог. -М.: Машиностроение, 1964.-229 c.

7. Бялобжеский Г.В., Иванов А.Н., Шалман Д.А. Очистка автомобильных дорог от снега. -М.: Транспорт, 1972. -183 c.

8. Мишин В.А., Персанов Ф.М. Орлов Ю.Н. Газотурбинные двигатели на машинах для зимнего содержания дорог и аэродромов. -М.: Строймаш, 1970.-187 c.

9. Некрасов Л.Б. Основы электротермомеханического разрушения горных пород. -Новосибирск: Наука, 1979. - 228 с.

10. Рабочий орган плужного снегоочистителя: А.с. 1310472 СССР, МКИ Е01Н5/06/ С.Ю. Хохлов, А.Н. Иванов, В.С. Смирнов,М.В. Важдеев (СССР). - № 4002458/29-11; Заявлено 03.01.86; Опубл. 15.05.87, Бюл. № 18. - 3 с.

11. Машина для уборки снежно-ледяных образований: А.с. 933862 СССР, МКИ Е01Н5/06/ А.Н. Калиничевич, В.И. Рыбьев, В.А. Графов, М.Н. Бахвалов, В.Н. Телегин, В.М. Златопольская (СССР). - №3005060/29-11; Заявлено 15.10.80; Опубл. 07.06.82, Бюл. №21. - 4 с.

12. Машина для уборки снега и леда: А.с. 969809 СССР, МКИ Е01Н5/06/ В.И. Рыбьев, А.Н. Калиничев, В.Н. Телегин, М.Н. Бахвалов, А.Я. Лагунов, Ю.В. Кононович (СССР). - № 2944758/29-11; Заявлено 23.06.80; Опубл. 30.10.82, Бюл. № 40. - 3 с.

13. Устройство для разрушения снежно-ледяных образований: А.с. 975872 СССР, МКИ Е01Н5/12 / А.А. Коваленко, Л.П. Кузьменко, В.А. Коваленко (СССР). - № 3323549/29-11; Заявлено 27.07.81; Опубл. 23.11.82, Бюл. № 43. - 5 с.

14. Скалыватель наледи с тротуаров: А.с. 2200219. Россия, МКИ Е01Н5/12 / Б.А.Адамович, Дербичев Ахмет Гири Бамат Гиреевич, В.И. Дудов, Д.П. Кобяков, А.П. Трубицын, - № 2001107275/28; Заявлено 21.03.01; Опубл. 10.03.03, Бюл. №10. - 3 с.

15. Иванов А.Н., Лившиц Л.И., Скворцов А.А. Создание новых отечественных дорожных снегоочистителей. - М.: НИИинформации стройдоркоммунмаш, 1965. -122 с.

16. Устройство для разрушения льда на дорожном покрытии: А.с. 985193 СССР, МКИ E01H5/12 / И.К. Пукенец, Б.И. Комаров, К.Ф. Ковальский, С.В. Коротков (СССР). - № 3257694/29-11; Заявлено 11.03.81; Опубл. 30.12.1982, Бюл. № 48. - 4 с.

17. Рабочий орган для скалывания льда: А.с. 907145 СССР, МКИ E01H5/12 / В.Г. Белокрылов, С.Н. Базиков, В.И. Мацук, А.В. Кротов, Ю.Н. Дракун (СРСР). - №2948030/29-11; Заявлено 30.06.80; Опубл. 23.02.82, Бюл. № 38. - 5 с.

18. Машина для очистки дорожных покрытий от снежно-ледяных образований: А.с. 2190721. Россия, МКИ Е01Н5/12 / Юдин В.Г. - № 2001103811/28; Заявлено 09.02.01; Опубл. 10.10.01, Бюл. № 38. - 3с.

19. Рабочий орган для разрушения ледяных образований на дорогах и тротуарах: А.с. 2022080. Россия, МКИ Е01Н5/12 / Ермилов А.Б., Бобров К.И., Русинов М.Н. - № 92008936/11; Заявлено 11.27.11.92;Опубл. 30.10.94, Бюл. № 41. - 4 с.

20. Скалыватель уплотненного снега и льда с дорожных покрытий: А.с. 907144 СССР, МКИ E01H5/12 / Г.Г. Воскресенский (СРСР). -№ 2928902/29-11; Заявлено 14.04.80; Опубл. 23.02.1982, Бюл. № 7. - 4 с.

21. Машина для очистки дорожных покрытий от уплотненного снега и льда: А.с. 1534133 СССР, МКИ Е01Н5/12 / Г.Г. Воскресенский (СССР). -№ 4405901/31-11; Заявлено 08.04.88; Опубл. 07.01.90, Бюл. № 1. - 4 с.

22. Биховский И.И. Основы теории вибрационной техники. -М.: Машиностроение, 1968. - 362 с.

23. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. -М.: Наука, 1981. -568 с.

24. Бабаков И.М. Теория колебаний. -М.: Наука, 1968. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru