Определение оптимальных параметров угла резания уплотненного снега рабочим органом отвального типа

Из перечисленных способов наиболее экономичным, экологически чистым и технологически простым в применении является механический способ очистки дорожных покрытий.

Для очистки покрытий дорог и аэродромов от уплотненного снега широко используются снегоуборочные машины, оснащенные рабочими органами отвального типа. Применение таких рабочих органов обусловлено их универсальностью, простотой конструкции и технического обслуживания, мобильностью и относительно низкой стоимостью. Рост объемов работ по очистке дорожных покрытий от снега за счет увеличения протяженности дорог, определяет необходимость повышения эффективности разрушения уплотненного снега рабочими органами отвального типа снегоуборочных машин. Проведенный анализ исследований по резанию уплотненного снега рабочими органами снегоуборочных машин показал, что эти исследования не отражают особенности процесса резания таких сред и фактические затраты энергии при их разрушении. Сложный характер зависимостей физикомеханических свойств уплотненного снега, находящегося на дорожном покрытии от их структуры, интенсивности выпадения снега, температуры и влажности окружающего воздуха, интенсивности и скорости движения транспорта, диктует необходимость нового подхода к выбору основного параметра – угла резания рабочих органов отвального типа. Экспериментальные исследования процесса взаимодействия рабочего органа отвального типа с уплотненными снежными образованиями, и рассмотрение вопроса влияния углов резания и физико-механических свойств уплотненного снега на составляющие усилия резания и энергоемкость процесса резания, являются актуальными и позволяют определить оптимальные геометрические параметры углов резания рабочего органа отвального типа.

Основная задача изучения закономерности процесса резания уплотненного снега рабочим органом отвального типа состоит в нахождении пригодных для практического применения функциональных связей между силовыми характеристиками и геометрическими параметрами углов резания рабочего органа, взаимодействующего с разрабатываемым массивом. Экспериментальные исследования проводились при температуре воздуха от –5 до –10оС, плотности снега рс=400-500 кг/м3 на специальном стенде, на ползунах которого монтировалось тензометрическая головка с закрепленной моделью отвала автогрейдера, выполненной в масштабе 1:10, шириной 25 см. Опыты проводились при угле установки модели отвального рабочего органа δ=90о, углах резания α=15, 30, 45, 60, 75, 90о и толщине срезаемой стружки снега h=10, 20, 30, 40 мм.

Перед началом реза на стенд устанавливался образец снега, вырезанный из снежного наката, образовавшегося на дорожном покрытии. Поверхность образца предварительно выравнивалась. Необходимая глубина резания обеспечивалась поднятием образца снега с помощью тарированных пластин. На рис. 1 и 2 приведены полученные зависимости горизонтальной и вертикальной составляющих усилия резания от угла и глубины резания уплотненного снега, моделью рабочего органа отвального типа при угле установки δ=90о.

а

Рис. 1. Зависимость горизонтальной составляющей усилия резания от угла и глубины резания уплотненного снега моделью рабочего органа отвального типа: а – снег плотностью 400-450 кг/м³; б – снег плотностью 450-500 кг/м³; 1, 2, 3, 4 – глубина резания, соответственно 10, 20, 30, 40 мм.

б

Анализируя данные графиков, можно отметить, что величина РГ с увеличением угла α изменяется полиномиально. Для всех исследуемых плотностей снега характерно равномерное, плавное уменьшение значений горизонтальной составляющей с увеличением угла резания от 15 до 45о. При увеличении угла резания с 45-50 до 90о наблюдается увеличение усилий резания. Минимальные значения горизонтальной составляющей усилия резания получены при угле резания α = 45-50о.

Рис. 2. Зависимость вертикальной составляющей усилия резания от угла и глубины резания уплотненного снега моделью рабочего органа отвального типа: а – снег плотностью 400-450 кг/м³; б – снег плотностью 450-500 кг/м³; 1, 2, 3, 4 – глубина резания, соответственно 10, 20, 30, 40 мм

Оптимальные значения вертикальной составляющей усилия резания получены при угле резания α=45о. На рис. 3 приведены зависимости энергоемкости E процесса резания уплотненного снега от угла и глубины резания при угле установки модели рабочего органа отвального типа δ=90о. Анализ полученных зависимостей рис. 3 показал, что минимальная удельная энергоемкость процесса будет обеспечена при резании уплотненного снега рабочим органом отвального типа при угле резания α=45-55о во всем изменяющемся диапазоне значений глубины резания h (10, 20, 30 и 40 мм), т. е. при тех же условиях, при которых были получены минимальные значения горизонтальной составляющей усилия резания.

а

Е, кВт*ч/м3

б

Рис. 3. Зависимость энергоемкости процесса резания от угла и глубины резания уплотненного снега моделью рабочего органа отвального типа: а – снег плотностью 400-450 кг/м³; б – снег плотностью 450-500 кг/м³; 1, 2, 3, 4 – глубина резания, соответственно 10, 20, 30, 40 мм

Выводы: полученные оптимальные значения усилий резания уплотненного снега в зависимости от углов резания могут быть использованы при проектировании отвальных рабочих органов и расчете энергоемкости снегоочистительных машин. Оптимальные параметры угла резания, обеспечивающие минимальную энергоемкость процесса резания, мо- гут быть рекомендованы для применения дорожно-эксплуатационными организациями при содержании дорожных покрытий в зимний период. Применение результатов проведенных исследований позволит повысить производительность и снизить энергоемкость процесса разрушения уплотненного снега рабочим органом отвального типа.

DEFINITION THE OPTIMUM PARAMETERS OF CUTTINGEDGE OF DUMPING TYPE WORKING BODYAT COMPACTED SNOW

Ryshard Zhelukevich, Candidate of Technical Sciences, Professor

Yuriy Kaizer, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.

Yuriy Bezborodov, Doctor of Technical Sciences, Professor

Natalia Malysheva, Candidate of Technical Sciences, Associate