Влияние параметров отвального рабочего органа на энергоемкость процесса резания уплотненных снежных образований

Введение. Для очистки покрытий дорог и аэродромов от снежных образований широко используются снегоуборочные машины, оснащенные рабочими органами отвального типа, характеризующиеся универсальностью, простотой конструкции, технического обслуживания, мобильностью и относительно низкой стоимостью [1, 2].

Увеличение объемов работ по очистке дорожных покрытий от снега и повышение требований к сокращению сроков их уборки обуславливают необходимость повышения эффективности разрушения уплотненных снежных образований рабочими органами отвального типа снегоуборочных машин, что является весьма актуальным, как с технико-экономической, так и с социальной точек зрения, включая безопасность движения.

Особый интерес представляют вопросы совершенствования рабочего оборудования снегоуборочных машин, выбора рациональных параметров среза, углов резания и установки отвальных рабочих органов, обеспечивающих минимальную энергоемкость процесса разрушения уплотненного снега [3].

Проведенный литературный анализ исследований по резанию уплотненных снежных образований рабочими органами отвального типа показал, что в них не отражаются особенности процесса резания и фактические затраты энергии. Сложный характер зависимостей физико-механических свойств уплотненных снежных образований, находящихся 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 геометрических параметров углов резания и установки рабочих органов отвального типа.

Цель работы. Целью настоящей работы является определение оптимальных геометрических параметров установки рабочего органа отвального типа снегоуборочной машины и выявление функциональных зависимостей между усилием резания и параметрами установки отвала.

Методика исследования. Для определения значимости факторов, влияющих на усилие резания уплотненных снежных образований, были использованы методы планирования полногофакторного эксперимента. Установлено, что на усилие резания уплотненных снежных образований наибольшее влияние оказывают угол установки отвала, угол и глубина резания. В качестве отклика приняты значения горизонтальной, боковой и вертикальной составляющих усилия резания, измеренные при проведении предварительных экспериментов. Отклик соответствует требованиям проведения полногофакторного эксперимента и характеризует протекающий процесс, имеет простой физический смысл, существует для всех стадий проведения эксперимента. Факторы, влияющие на усилие резания, отвечают требованиям полнофакторного эксперимента и имеют возможность:устанавливаться независимо от уровней факторов, определяющих изменение функций отклика; управляемы и поддерживаются постоянными в течение проводимого эксперимента; точно измеряться и оказывать непосредственное воздействие на функции отклика.

Эксперименты проводились на образцах, вырезанных из снежного наката плотностью ρ с = 400–500 кг/м³, на специальном стенде, на ползунах которого монтировалась специально изготовленная тензометрическая головка с закрепленной моделью отвала автогрейдера, выполненная в масштабе 1:10. Исследования проводились при изменении температуры окружающей среды от минус 5 до минус 12^оС, так как в данном диапазоне температур наиболее вероятно образование снежного наката на дорожном покрытии [4]. Опыты проводились при угле установки модели отвального рабочего органа δ = 90^о, углах резания α = 15, 30, 45, 60, 75, 90^о и толщине срезаемой стружки снега h = 10, 20, 30, 40 мм. Перед началом реза на лабораторный стенд устанавливался образец уплотненного снега, поверхность которого предварительно выравнивалась. Требуемая глубина резания обеспечивалась поднятием образца с помощью тарированных пластин.

Результаты исследования. На рисунке 1 приведены полученные зависимости горизонтальной составляющей усилия резания от угла и глубины резания, при угле установки отвала δ = 90^о.

В. кН

Рис. 1. Зависимость горизонтальной составляющей усилия резания от угла и глубины резания уплотненного снега моделью рабочего органа отвального типа, при угле установки 90°: а – снег плотностью 400–450 кг/м3; б – снег плотностью 450–500 кг/м3: при глубине резания 1, 2, 3, 4 – соответственно 10, 20, 30, 40 мм

Анализируя данные зависимости можно отметить, что величина Р Г с увеличением угла α изменяется полиноминально. Для всех исследуемых плотностей снега характерно равномерное, плавное уменьшение значений горизонтальной составляющей до оптимальных значений угла резания α = 45–50^о. На рисунке 2 приведены зависимости удельной энергоемкости процесса резания уплотненного снега от угла и глубины резания.

Е. кВт*ч/м ’

а

Рис. 2. Зависимость энергоемкости процесса резания от угла и глубины резания уплотненного снега моделью рабочего органа отвального типа, при угле установки 90°: а – снег плотностью 400–450 кг/м3;

б – снег плотностью 450–500 кг/м3: при глубине резания 1, 2, 3, 4 – соответственно 10, 20, 30, 40 мм

б

Анализ полученных зависимостей (см. рис. 2) показал, что минимальная удельная энергоемкость процесса обеспечивается при резании уплотненных снежных образований рабочим органом отвального типа при углеα = 45–55о, т. е. при тех же значениях, при которых были получены наименьшие значения горизонтальной составляющей.

Вывод

Установка угла резания 45о, обеспечивающая наименьшие усилия резания уплотненного снега, может быть рекомендована для применения дорожно-эксплуатационным организациям при выполнении работ по снегоочистке дорожных покрытий, что позволит повысить производительность снегоуборочной техники, оснащенной отвальными рабочими органами, без увеличения мощности базовой машины, снизить расход топлива и экономические расходы в целом на содержание дорожных покрытий в зимний период.