автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Методика выбора конструкционных параметров подвески плужного рабочего органа снегоуборочных машин

На правах рукописи

Кошелев Юрий Владимирович

МЕТОДИКА ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ ПЛУЖНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА СНЕГОУБОРОЧНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.04 -Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005567266

15 АПР 2015

Нижний Новгород — 2015

005567266

Работа выполнена на кафедре «Строительные и дорожные машины» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Научный руководитель: Шапкин Виктор Александрович

доктор технических наук, доцент кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ им.P.E. Алексеева

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ким Борис Григорьевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Строительное производство» ФГБОУ ВПО Владимирский государственный университет

Пуртов Андрей Робертович

кандидат технических наук, инженер отдела технологического проектирования ОАО «Мантрак-Восток», г.Н.Новгород

ФГБОУ ВО Волжский государственный университет водного транспорта, г.Н.Новгород

Защита диссертации состоится «14» мая 2015 г. в 14— в ауд. 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е.Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д.24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева. http://www.nntu.ru/content/aspirantura-i-doktorantura/dissertacii

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять на имя секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «6» апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Л.Н.Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. За последние годы в России наблюдается рост автомобильных перевозок, постоянно увеличиваются скорость движения, грузоподъемность автомобилей, интенсивность дорожного движения. Однако вместе с этим более отчетливо проявляются и некоторые отрицательные тенденции автомобилизации, наиболее важной из которых является значительное число дорожно-транспортных происшествий (ДТП). На ДТП влияет множество факторов - состояние дорог, интенсивность движения, освещенность, техническое состояние автомобилей, психологическое состояние водителя, уровень его профессиональной подготовки и множество других. Среди них важнейшее место занимает состояние дорожного покрытия. Уменьшение сцепления колеса с дорогой вследствие наличия на ней уплотнённого снега или льда приводит к увеличению тормозного пути и безопасного радиуса поворота в 3-9 раз. Снежные заносы вдоль дороги снижают видимость и могут уменьшать используемую ширину проезжей части. Кроме того, наличие колей, выбоин, ямочности и других неровностей на дорогах, покрытых снежным или ледяным накатом, может привести к потере водителем контроля над траекторией движения и управляемостью автомобиля.

Основные трудности зимней уборки связаны с метаморфизмом снега, то есть его способностью изменять свои свойства за достаточно короткий промежуток времени под действием как климатических условий, так и в результате движения транспортных средств и пешеходов. Поэтому исследование процессов взаимодействия рабочих органов машин, предназначенных для зимнего содержания дорог, с заснеженной поверхностью дорог с целью совершенствования конструкций рабочих органов машин данного типа является актуальной научной задачей.

Цель исследований. Разработка методики расчёта выбора рациональных параметров подвески снегоуборочного отвала, предназначенного для удаления снега с поверхности дорог.

Объеюы исследований. В качестве объектов исследования выбирались автомобили с плужным и щёточным снегоуборочным оборудованием, работающим на дорогах г. Н. Новгорода в зимний период (ПМ-130, КО-829 и др.). При этом основное внимание уделялось подвеске плужного рабочего органа. Выбор в качестве объектов исследования такого широкого спектра машин позволил оценить влияние на процесс удаления снега с дорожных покрытий таких характеристик базовой машины, как её геометрические размеры и масса.

Общая методология исследований. В теоретической части работы применены методы математической статистики, спектрального анализа, методы нелинейного программирования и математического моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях как на самих рабочих органах, так и на их отдельных элементах.

з

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с использованием персонального компьютера, оснащённого аналого-цифровым преобразователем. Теоретические исследования производились при помощи стандартных пакетов программ для ПК, таких как Mathcad 2000, MATLAB, EXCEL.

Экспериментальные исследования проводились на серийно выпускаемых машинах, использующихся для ремонта и содержания дорог. Научная новизна

1. Разработана математическая модель колебания плужного рабочего органа, предназначенного для удаления снега, отличающаяся учётом колебания упряжного шарнира и воздействием на рабочий орган со стороны не-деформируемого и неровного опорного основания.

2. Разработана методика выбора рациональных параметров рабочего органа, предназначенного для удаления снега, отличающаяся учётом качества очистки дорожной поверхности.

3. Экспериментально подтверждены области рациональных соотношений конструкционных и технологических параметров плужного рабочего оборудования, предназначенного для удаления уплотнённого снега, отличающиеся разработанной автором методикой определения величины изменяющейся во времени силы трения отвала об очищаемую поверхность. Основные положения, выносимые на защиту

1. Инженерная методика расчёта конструктивных параметров плужного рабочего оборудования, предназначенного для удаления уплотнённого снега с поверхностей дорог.

2. Математическая модель колебания рабочих органов при работе по очистке дорог от снега.

3. Результаты экспериментальных исследований, направленных на обоснование выбора параметров плужного рабочего органа. Достоверность результатов

Проведенный комплекс экспериментальных исследований на серийных машинах, принимающих непосредственное участие в зимнем содержании дорог, подтвердил основные теоретические положения, методы и средства повышения эффективности работы машин путём совершенствования конструкции подвески рабочих органов.

Практическая ценность

Состоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов, практических рекомендаций при совершенствовании существующих и создании новых конструкций подвесок рабочих органов машин, предназначенных для зимнего содержания дорог.

Реализация работы

Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в предприятия ОАО «ГАЗ», ОАО «КОММАШ». Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Строительные и дорожные машины» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Апробация работы

Отдельные результаты и основные положения докладывались на международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию каф. АиТ Нижний Новгород, 2010 г., на научно-практической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» - Н.Новгород: НГТУ 2011 г., на III Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева, Н.Новгород, 2012 г., на 79 Международной научно-практической конференции, посвящённой 95-летию Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева, «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» 2012 г., на 12 международной молодёжной научно-технической конференции - Н.Новгород: НГТУ, 2013 г., на 87 международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров «Эксплуатационная безопасность автотранспортных средств», 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 научных работ: 3 статьи в журналах, входящих в Перечень российских рецензируемых журналов рекомендованных ВАК РФ; 2 статьи - в журналах, не входящих в данный перечень; 7 тезисов научных докладов. Объём принадлежащего автору опубликованного материала составляет 2,5 п.л.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и четырёх приложений. Содержит 133 страницы основного текста, 55 рисунков, 12 таблиц, библиографию из 113 наименований и приложения на 43 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована её цель, раскрыты методы исследования, отмечены научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, представлены объекты исследования, указана практическая ценность получаемых результатов.

В первой главе проведён анализ научных трудов, посвященных каждой из составных частей данной работы. В области исследования вопросов технологий и методов удаления снега с поверхности дорог фундаментальными работами

являются труды В.И. Баловнева, И.А. Белинского, Г.В. Бялобежского, АП. Васильева, К.Ф. Войтковского, Р.Б. Желукевича, Г.Л. Карабана, С.Г. Мирзояна, Г.Д. Рихтера, Т.В. Самодуровой, В.В. Сильянова, Д.А. Шалмана и многих других. В Нижегородской научной школе данным вопросам посвящены работы А.П. Куляшова, Ю.И. Молева, А.Ф. Николаева, А.Р. Пуртова, A.M. Соколова. Изучению технологии применения рабочих органов и их подвесок посвящены работы В.Л. Балдинского, Б.Г. Кима, Ю.А Ветрова,

A.M. Завьялова, А.Н. Зеленина, И.А. Недорезова, В.П. Станевского, Д.И. Фёдорова.. Параметры микропрофиля различных видов дорог и его влияние на колебательные процессы транспортно-технологических средств рассмотрены в работах Д.А. Антонова, В.Л. Афанасьева, Л.В. Барахтанова,

B.В. Белякова, У.Ш. Вахидова, Е.Б. Волковой, В.И. Ершова, В.Н. Кравца, P.A. Мусарского, C.B. Рукавишникова, В.А. Шапкина.

Проведённый анализ состояния вопроса показал, что в настоящее время многочисленными исследователями довольно глубоко проработаны вопросы, связанные с взаимодействием различных типов рабочих органов с очищаемой поверхностью. Получены зависимости, позволяющие выбирать основные параметры рабочих органов, предназначенных для удаления снега с поверхности дорог. Однако взаимодействию рабочих органов с микропрофилем заснеженных дорог до настоящего времени не уделялось должного внимания. Методики выбора рациональных параметров подвески отсутствовали.

В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Выявить основные зависимости между геометрическими параметрами заснеженных дорог, скоростью уборки и уровнем колебаний рабочих органов и оценить их влияние на качество очистки.

2. Проанализировать различные схемы установки плужного отвала на снегоуборочной технике. Показать различие моделей взаимодействия рабочих органов снегоуборочных машин с очищаемой поверхностью, определить зону допустимых колебаний плужного рабочего органа при удалении снега. Описать и проанализировать основные параметры подвески, влияющие на величину нагрузок на рабочем органе и качество снегоочистки.

3. Разработать методику выбора основных параметров плужных рабочих органов при различных параметрах эксплуатации машины.

4. Сформулировать и решить задачи совершенствования эксплуатационных показателей машин для уборки снега с поверхности дорог. Получить зависимости между изменением конструктивных и эксплуатационных параметров машин данного назначения. Показать области наиболее эффективного использования машин, обладающих теми или иными конструктивными особенностями.

б

Во второй главе разработана математическая модель взаимодействия плужного рабочего органа со снежным покровом, лежащим на поверхности дорог.

Разрушение льда и снега плужным рабочим органом осуществляется при помощи двух относительно независимых движений плуга — вертикального и горизонтального. При этом возможны три схемы работы снегоуборочной машины, когда плуг находится:

1 — впереди транспортного средства;

2 - посередине транспортного средства;

3 — позади транспортного средства.

Вертикальные колебания такого рабочего органа могут быть найдены путём проекции всех сил на вертикальную ось. При этом необходимо рассматривать два относительно независимых движения - упряжного шарнира вместе с базовым автомобилем и кромки отвала относительно упряжного шарнира. С учётом того, что поверхность дороги жёстко задаёт параметры движения рабочего органа, а также в связи с тем, что упряжные шарниры снегоуборочных машин имеют жёсткую связь с корпусом, испытывают те же колебания, что и базовая машина, система дифференциальных уравнений движения рабочего органа может быть сведена к стандартной системе дифференциальных уравнений вида, применяемых в работах P.A. Мусарского и H.A. Фуфаева, где левые части уравнения описывают свободные вертикальные и продольно-угловые колебания, а правые части описывают возмущающие воздействия. При решении данной системы уравнений можно не рассматривать вынужденные колебания неподрессоренных масс, так как расчёты показывают, что при значительном упрощении вычислений данное допущение приводит к появлению дополнительной погрешности в пределах 8-12%. Кроме того, если положение центра масс совпадает с центром упругости его осей, что характерно для вновь изготовляемых автомобилей, то можно сделать ещё одно важное допущение - о независимости угловых и вертикальных перемещений машины. С учётом изложенного, а также считая, что рабочие органы не оказывают влияния на процесс колебаний центра масс базового автомобиля, выражение примет следующий вид:

z + +jrtC, =^(iliaiABvcos(vBX)+£cpiAsh(vBX))

^п\мп\мп\ 1

r + ^ifj? =-М>л ABwco%(vBx)+YjC„,Ii Asm(vBx))

J n 1 П 1 и 1 1

где Мц — подрессоренная масса машины, Jп — подрессоренный момент инерции, и — расстояние от элементов подвески до центра массы машины, - коэффициент сопротивления амортизатора, Ср1 и - коэффициенты жёсткости соответственно рессоры и шины, т - неподрессоренная масса, а А/ — высота неровностей рассматриваемой поверхности. В выражениях возмущающей силы величина А совпадает со значениями амплитуды, а \Вх — с частотой возмущения, которая прямо пропорционально зависит от скорости движения машины Перемещение отвала относительно упряжного шарнира может быть описано на основании сил и моментов, действующих на данный механизм, расчётная схема которых приведена на рис. 1.

Рисунок I. Схема сил, действующих на отвал снегоуборочной машины

Из представленной схемы видно, что не вся масса рабочего органа участвует в прижатии рабочего органа к очищаемой поверхности. Действительную величину прижатия можно определить, составив уравнение моментов вокруг упряжного шарнира:

где ai - угол наклона отвала относительно упряжного шарнира, равный arceos'"' ~rn . Знак ± показывает разницу в характере движения отвала при рас-

Ч

положении упряжного шарнира до и после режущей кромки. Изменение усилия прижатия AN/Ny можно определить, спроектировав все силы на вертикальную ось: ÁN+Ny = Gpo, а также того, что вертикальная нагрузка связана с весом рабочего органа зависимостью вида Nir=Gp0(g+¿'/), дифференциальное уравнение движения рабочего органа примет следующий вид:

GPOl2 eos«! ±-NYI3 eos»! =0,

(2)

ZPO = g(

PO

-1).

(3)

Суммарная горизонтальная сила состоит из силы тяги, развиваемой машиной, усилия резания снега и силы трения отвала по очищаемой поверхности (см. рис.1). Величина этой силы может быть найдена из уравнения:

^ =Фш -/^собГ^-У^П^О, (4)

где ф - коэффициент сцепления колёс автомобиля с дорогой, /- коэффициент трения между отвалом и очищаемой поверхностью, ССн— вес снегоуборочной машины, чро — скорость движения рабочего органа, А — половина амплитуды колебаний очищаемой поверхности, / - длина волны колебания очищаемой поверхности.

2 го = Я

Г, >

-2-е

1

±Щ(-А

С \

ОТ! С—О;— 1ХЕЭ

I 1ъсозахСР

(Ис + Ах соб

А (соэ!

' ) + СГА, А (соэ

1

2го 1Ь ,

В Л ¡2 2 СрО

(5)

где Рщ — усилие на штоке гидроцилиндра

Решение данного уравнения и сравнение полученных результатов показано на рис. 2.

Рисунок 2. Зависимость перемещения рабочего органа относительно очищаемой поверхности: 1 - профиль очищаемой поверхности; 2 - траектория перемещения отвала; 3 - остаточная толщина снега на дороге

Полученные данные позволяют рассчитать движение рабочего органа по очищаемой поверхности и определить изменение толщины удаляемого снега от параметров подвески рабочего органа.

Третья глава настоящей работы посвящена разработке методики выбора рациональных параметров подвески плужного рабочего органа, предназначенного для удаления снега с поверхности автомобильных дорог. С учётом того, что величина усилия резания снежно-ледовых материалов не зависит ни от массы отвала, ни от точек приложения нагрузки, процесс совершенствования процесса удаления снега с поверхности автомобильных дорог можно разделить на два независимых этапа: совершенствование параметров рабочего органа с целью уменьшения усилия резания и совершенствование параметров рабочего органа с целью уменьшения величины силы трения между отвалом и очищаемой поверхностью.

В данной работе основное влияние будет уделено совершенствованию именно последнего параметра. Тогда исследуемая функция будет иметь вид

/•„, = (От + зт (?)(/ + Ц ти . (6)

При этом для обеспечения процесса резания величина силы трения не может быть меньше величины, равной:

^ сга12 + ^(¿¡соФ + ^¡пР) ~ рРУг г-гр- , . (7)

'4

Методика выбора рациональных параметров заключалась в определении условий, при которых достигается минимум силы сопротивления перемещению рабочего органа при заданном уровне содержания автомобильной дороги. Нахождение минимума функции базировалось на стандартной математической процедуре, связанной с дифференцированием исследуемой функции по заданному параметру и нахождением экстремума функции. Заменяя в уравнении (6) величину на К/ +К2/Сро, где величина К/ определяется геометрическими зависимостями между параметрами установки гидроцилиндра управления отвалом, а К2 — усилием резания и гидравлическими параметрами гидроцилиндра отвала, а также используя коэффициент Кз, равный 0,05 СсмЮро уравнение (5) примет следующий вид:

К2 0,05Ссм , ,

4-+ -—«-^пт. (8)

(1 - + К1+ (1 - 1ЯР(1 + к1+

<Зро% <Зро8

Анализ полученной зависимости показал, что влияние второго члена условия (8) на изменение силы трения отвала по очищаемой поверхности невелико. Величина же наклона гидроцилиндра оказывает значительное влияние на величину усилия трения, но не оказывает влияния на характер изменения силы трения от массы отвала. Однако исходя из зависимости (7) уменьшение масс рабочего органа ниже определённого предела приведёт к тому, что в процессе резания режущая кромка под действием силы сопротивления разрушения сне-

ю

га будет отклоняться всё дальше и дальше назад, уменьшая эффективную толщину разрушаемого снега и ухудшая качество очистки. Поэтому из условия 9 минимальный вес рабочего органа может определён как:

(*,1ёр + 0,5А)1ёр(/ + -)-|(1-

0.47 __&

ш

-/5 +ЛГ316р)

(9)

/4 - /5 + *,18р - /2 (1 - 1вР(/ + -))

г

Решения данного уравнения показаны на рис. 3.

Обозначив Л — ¡5 + 0,5к как А/ получим, что целевая функция определения рациональной величины А/, с учётом того, что данный параметр в явном виде не входит в (11), может быть найден из выражения:

—> 1Ш1. (10)

1 + ^(1-Д Г

1

-)

1500

1000

500

0

У

4 / / Р ......... б -

• — а -

- б •

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Ь.ч

То есть, при А/, стремящейся к нулю, вес рабочего органа также будет стремиться к нулю. Полученные данные свидетельствуют о том, что во всём диапазоне возможных изменений высоты расположения упряжного шарнира имеет место монотонное возрастание требуемой массы отвала, то есть наиболее рациональным является наиболее низкое расположение указанного шарнира. С другой стороны, величина выноса должна обеспечивать необходимую чистоту очистки поверхности, в результате которой максимальное угловое перемещение режущей части отвала не должно превышать 15° при разработке уплотнённого снега, 30° при разработке свежевыпавшего снега, то

есть соотношение 2ро/ = П для случая удаления уплотнённого снега не долж-

/ м

но превышать - 0,26, а для случая удаления свежевыпавшего снега — 0,5. Таким образом, величину высоты расположения упряжного шарнира над очищаемой поверхностью можно принять равной:

Рисунок 3. Соотношение между массой снегоуборочного отвала и толщиной разрабатываемого снега: 1 — для экскавационно-разрушенного

снега; 2 — для — для уплотнённого; индексом «а» обозначены зависимости, полученные по предложенным зависимостям, без индекса - по зависимостям, использующимся ранее

и

/« =-^(ОД7 + (0,001(0„, -13)2 -0,0001с,2,4;),

(11)

где П — коэффициент, учитывающий предельно допустимое колебание рабочего органа в зависимости от типа очищаемой поверхности (П=0,5 — для свежевыпа-вшего снега; П=0,33 — для экскавационно - разрушенного; П=0,25 — для уплотнённого снега). Решение данного уравнения показано на рис. 4.

Для переднего плуга снегоочистителя кривизна отвала (при цилиндрической поверхности) подбирается таким образом, чтобы касательная к верхней кромке отвала при наименьшем угле резания (утт) всегда имела наклон вперед, то есть 0 <0,571. Т.к. е+0,5л=Г2+ут1П и б = 2Лзт(П/2), где В -наибольшая высота отвала, то при соблюдении указанного неравенства получим

В

Я<-

По

этой

2со50,5)<т;п формуле рассчитывается радиус кривизны отвала Л, имеющего цилиндрическую форму.

Рисунок 4. Рациональная высота установки упряжного шарнира в зависимости от массы базовой машины: 1 — для удаления свежевыпа-вшего снега; 2 — для удаления экскавационно-разрушенного снега; 3 — для удаления уплотнённого снега (льда)

То есть расстояние от режущей кромки до упряжного шарнира по горизонтали определится из уравнения

/3 = Д(1-зт

агссо5(-

.0,17 + (0,001(0ГМ -13)2 -0,0001С,2

ЯП

Тогда величина ¡2 определится из уравнения:

,0,17 + (0,001(Со/-13)2 -0,000 Ю,

12 =

агссоз(-

Ш

О/__ч

(12)

(13)

Соотношение же Ь/Ь, необходимое для расчёта величины ускорения, примет

вид:

■ л/ 2.

На основании полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований была разработана методика выбора основных конструктивных параметров подвески рабочих органов снегоуборочных машин. Отличительной особенностью данной методики является проверка полученных конструктивных параметров по качеству снегоочистки.

Структурная схема методики расчета основных рациональных параметров рабочего органа представлена на рис. 5.

Исходные данные: Масса машины, скорость уборки параметры очищаемой поверхности

Выбор параметров обеспечивающих минимум энергоёмкости удаления снега

масса отвала (9) высота расположения упряжного шарнира I высота крепления гидроцилиндра (13,

Проверка обеспечения качества удаления снега

Максимальная высота снега, оставшаяся на проезжей части дороги I

Получение параметров подвески отвала для определённой Л I технологии удаления снежного покрова )

Рисунок 5. Обобщённая методика выбора рациональных параметров подвески

снегоуборочного отвала

Четвёртая глава настоящей работы посвящена экспериментальным исследованиям, целью которых являлось как подтверждение результатов, полученных в результате теоретических разработок, так и получение недостающих значений физико-механических параметров материала опорной поверхности. Кроме того, в работе использовались результаты экспериментальных исследований У.Ш. Вахидова, A.M. Соколова, В.А. Шапкина, выполненных на кафедре «Строительные и дорожные машины» НГТУ им. P.E. Алексеева.

Экспериментальные исследования состояли из трёх этапов - исследование характеристик поверхности автомобильных дорог как опорного основания, по которому осуществляется движение машин и рабочего оборудования; проверка и уточнение математической модели формирования сил сопротивления перемещению плужного отвала по очищаемой поверхности; определение качества удаления снега с поверхности дороги при различных параметрах технологии удаления снега с очищаемой поверхности.

Для экспериментальной проверки и уточнения математической модели процесса взаимодействия отвала с поверхностью дороги и определения значимости факторов, входящих в модель, а также проверки адекватности теоретической модели экспериментальным данным были использованы методы планирования многофакторного эксперимента по плану Хартли. В качестве отклика была принята величина силы сопротивления движению машины при макси-

мальной толщине неудалённого снежного покрова меньшей 6 мм. Данный параметр удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к функции отклика, то есть имеет физический смысл, количественную оценку и является совокупной и исчерпывающей характеристикой объекта исследования. Эксперименты проводились непосредственно на участках дорог, на которых работает исследуемая техника. Наиболее простым способом найти усилие, действующее на отвал (без учёта силы перемещения снега), является определение разницы между силой сопротивления движению при движении машины с поднятым и опущенным отвалом по очищаемой поверхности. Данная работа была выполнена с использованием комплекса измерительной аппаратуры ЯАСЕЬОСЮ УВОХ. В общем виде результаты работы могут быть проиллюстрированы полученными зависимостями, приведёнными на рис. 6.

Рисунок 6. Графические зависимости изменения скорости движения автомобиля, пройденного пути и вертикальных ускорений с опущенным снегоуборочным отвалом

Действующая сила трения между нижней кромкой отвала и очищаемой поверхностью может быть определена из уравнения:

(14)

ё

где а\ — замеренное ускорение движения автомобиля с опущенным отвалом, аг — замеренное ускорение движения автомобиля с поднятым отвалом, С а — масса автомобиля, Т — относительный период касания отвала очищаемой поверхности. Полученная зависимость позволяет оценить величину силы трения, действующей между отвалом и очищаемой поверхностью, при помощи стандартного измерительного оборудования, оценить влияние вносимых изменений в конструкцию отвала, влияющих как на качество, так и на эффективность процесса снегоуборки.

Из анализа априорной информации и результатов постановочных экспериментов с достаточной степенью достоверности можно отметить нелинейность функции отклика и, как следствие, необходимость описания процесса

модельного регрессивного анализа второго порядка, представляющий собой полином второй степени:

Y = ßa +1 Дл +S Z Дл*, +ХД«*,2' (15)

i-1 i-l >=14-1 1=1

где Y- функция отклика, х, - варьируемые факторы, ßi, ßi, - коэффициенты регрессии, отражающие степень влияния каждого фактора на функцию отклика, ß,j — коэффициенты регрессии, соответствующие эффектам парных взаимодействий, ßo - свободный член; х\ — фактор плотности снега, Хг - фактор температура снега, х3 — фактор толщины слоя снега, - фактор угла установки ножей отвала, х$ — фактор скорость движения машины. Величина выборочной дисперсии составит 38727 для модели удаления снега, коэффициент Фишера и коэффициент детерминации получились равными соответственно 1,75 и 0,981. Модель считается адекватной в том случае, когда коэффициент Фишера будет меньше критического табличного значения для конкретных условий проведения эксперимента, в нашем случае равного 2,13. Работоспособность модели, наоборот, подтверждается в том случае, когда полученный результат будет превышать значение, равное 0,75. В данном случае выполняются оба условия, что говорит о том, что полученнре эмпирическое выражения (15) работоспособно и адекватно. Относительная погрешность теоретических значений от экспериментальных значений в зависимости от исследуемых параметров составила от 10 до 20%.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Разработана математическая модель колебаний рабочего органа во время движения машины. Выявлены основные зависимости между геометрическими параметрами заснеженных дорог, скоростью уборки и уровнем колебаний рабочих органов и оценено их влияние на качество и энергоёмкость.

2. Проанализированы различные схемы установки плужного отвала на снегоуборочной технике. Установлено, что расположение режущей кромки отвала позади оси упряжного шарнира позволяет уменьшить величину силы трения, вызываемой инерционными нагрузками, связанными с движением снегоуборочной машины, более чем в 3 раза.

3. Полученные данные позволили определить зону допустимых колебаний плужного рабочего органа при удалении снега, которые обеспечивают необходимое качество удаления снега. Величина колебаний плужного рабочего органа не должна превышать 15° при разработке снежного наката и 30° при разработке свежевыпавшего снега.

4. Сформулированы и решены задачи совершенствования эксплуатационных показателей машин для уборки снега. Установлено, что обобщаю-

щим показателем степени совершенности конструкции отвала и его подвески может служить величина силы сопротивления перемещения отвала, а показателем качества очистки — максимальная толщина оставшегося слоя снега. Показано, что за счёт совершенствования параметров подвески можно уменьшить величину силы трения между ножами отвала и очищаемой поверхностью на 20-100%.

5. Разработана методика выбора основных параметров плужных рабочих органов, отличающаяся проверкой качества снегоочистки. Показано, что максимальная толщина снега на дороге после снегоочистки не должна превышать 6 мм.

6. Описаны и проанализированы основные параметры подвески, влияющие на величину нагрузок на рабочем органе и качество снегоочистки. Выявлены степень влияния каждого из них на энергоёмкость процесса очистки дорог от снега. Кроме того, получены наиболее вероятные диапазоны их изменения. Показано, что наибольшее значение на процесс очистки дорог от льда и снега оказывают влияние такие параметры как скорость движения, угол наклона гидроцилиндра управления отвалом, масса рабочего органа, радиус кривизны отвала, а также высота расположения упряжного шарнира.

7. Установлено, что масса рабочего органа должна быть минимальной при заданном радиусе кривизны отвала и ширины очищаемой поверхности. Начальное положение гидроцилиндра управления отвалом - 0,5 -1° относительно очищаемой поверхности, высота расположения упряжного шарнира - минимальная, выбирается из величины его колебания с базовой машиной. Точка крепления гидроцилиндра - на одной оси с упряжным шарниром отвала.

8. Показано, что применение всего комплекса предложенных усовершенствований позволит удалять снег с поверхности дорог с заданным качеством очистки. При этом энергоёмкость данного процесса за счёт совершенствования только параметров подвески рабочего органа может быть уменьшена на 10-20%.

9. Проведена проверка достоверности экспериментальных данных, полученных при испытаниях натурных образцов рабочих органов на величину изменения силы резания, на воспроизводимость по критерию Кохрена и на адекватность математической модели по критерию Фишера. В ходе проверки установлена достоверность результатов по обоим критериям, а относительная погрешность в зависимости от исследуемых параметров составила от 5 до 15%.

Ю.Результаты работы внедрены в ОАО «ГАЗ», ОАО «КОММАШ» и используются в учебном процессе на кафедре «Строительные и дорожные машины» Нижегородского государственного технического университета им.Р.Е. Алексеева.

Основное содержание работы отражено в 11 публикациях: Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах

1. Кошелев, Ю.В. Обеспечение безопасности движения снегоуборочных машин на дорогах общего пользования / Д.А. Соколов, Ю.В. Кошелев, Ю.И. Молев // Строительные и дорожные машины - 2013 - № 12 - С. 30-32

2. Кошелев, Ю.В. Методика определения сил сопротивления движению отвала снегоуборочной техники / A.B. Согин, Д.А. Соколов, Ю.В. Кошелев, Д.В. Шаров // Фундаментальные исследования -2014 -№ 8 (часть 5). - стр. 1048-1052

3. Кошелев, Ю.В. Подвеска рабочего органа снегоуборочной машины. Методика выбора рациональных параметров / У.Ш. Вахидов, Ю.В. Кошелев, Ю.И. Молев, В.А. Шапкин // Современные проблемы науки и образования,- 2014 — № 1 URL: www.science-education.ru/115-12152.

Статьи и тезисы докладов, опубликованные в сборниках научных трудов

4. Кошелев, Ю.В. Микропрофиль опорной поверхности и его влияние на параметры движения транспортных средств/ У.Ш. Вахидов, Ю.В. Кошелев // Межвузовский научный сборник «Новое в науке XXI века» выпуск 7. -Н.Новгород: НГТУ, 2011 г. с. 145 - 147

5. Кошелев, Ю.В. Методика выбора методов борьбы со снежно-ледяным накатом автомобильных дорог / Ю.В. Кошелев, Сейфетдинов Р.Х. // «Новое в науке XXI века»: межвузовский научный сборник, выпуск 7. - Н.Новгород: НГТУ, 2011 г. с. 147- 152

6. Кошелев, Ю.В. Структурные образования в снежном массиве и проходимость колесных машин / А.П. Куляшов, Ю.В. Кошелев, М.В. Жук // Межвузовский научный сборник «Новое в науке XXI века» вып. 7. - Н.Новгород: НГТУ, 2011 г. с. 155-164

7. Кошелев, Ю.В. Анализ основных характеристик специального шасси для коммунальной техники / Д.А. Соколов, Ю.В. Кошелев // «Новое в науке XXI века»: межвузовский научный сборник вып. 7. - Н.Новгород: НГТУ, 2011 г. с. 47 - 52

8. Кошелев, Ю.В. Повышение безопасности движения коммунальных машин / И.Г. Куклина, Д.А. Соколов, Ю.В. Кошелев // Безопасность транспортных средств в эксплуатации: материалы 79 международной научно-технической конференции - Н.Новгород, НГТУ, ААИ, 2012г.

9. Кошелев, Ю.В. Проблемы устойчивости движения снегоуборочной техники при экстренном торможении/ Ю.И. Молев, Ю.В. Кошелев, Д.А. Соколов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия «Высокие технологии. Экология». 2013 — С.150-154

10. Кошелев, Ю.В. Подвеска рабочего органа и её влияние на степень очистки заснеженных дорог/ Ю.И. Молев, Ю.В. Кошелев, Д.А. Соколов // Труды НГТУ им. P.E. Алексеева. 2013, № 2(99), С. 147-154.

11. Кошелев, Ю.В. Усилие на рабочем органе снегоуборочной машины и её влияние на качество удаления снега с очищаемой поверхности/ Ю.В. Кошелев, JI.C. Левшунов, Ю.И. Молев, // Труды НГТУ им. P.E. Алексеева. 2013, № 4(101), С. 127-133.

Подписано в печать 06.04.2015. Формат 60 х 84 'Лв. Бумага офсетная. _Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 70 экз. Заказ 242._

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.