автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности фрезерно-роторного снегоочистителя путем совершенствования его конструкции

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Обзор и классификация роторных снегоочистителей.

1.2. Обзор предшествующих исследований по физико-механическим свойствам снега.

1.3. Обзор предшествующих исследований, направленных на создание фрезерно-роторных снегоочистителей.

1.4. Анализ критериев эффективности фрезерно-роторных снегоочистителей.

1.5. Задачи исследований.

2. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. СТРУКТУРА РАБОТЫ.

2.1. Общая методика исследований.

2.2. Методика теоретических исследований.

2.3. Методика оптимизации по последовательно применяемым критериям.

2.4. Методы экспериментальных исследований и обработки полученных данных.

2.5. Структура работы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ФРЕЗЕРНО-РОТОРНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ.

3.1. Математическое описание ротора.

3.1.1. Расчетная схема движения снега по лопасти ротора.

3.1.2. Расчетная схема определения геометрических параметров элементов снежного массива, находящегося на лопасти ротора.

3.2. Математическое описание направляющего насадка метательного аппарата.

3.2.1. Схема движения частицы снежного потока в направляющем насадке.

3.2.2. Геометрическая схема направляющего насадка.

3.2.3. Геометрическая схема входа в направляющий насадок.

3.2.4. Свободное движение элементов снежного потока в пространстве насадка.

3.2.5. Математическая модель движения частицы в снежном потоке.

Выводы по 3 главе.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ФРЕЗЕРНО-РОТОРНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ.

4.1. Анализ основных параметров ротора роторного снегоочистителя.

4.1.1. Определение геометрических параметров снежного массива на лопасти ротора.

4.1.2. Анализ геометрических параметров входного сечения направляющего насадка роторного снегоочистителя.

4.1.3. Определение кинематических параметров частиц при сходе их с лопасти ротора.

4.1.4. Анализ работы ротора метательного аппарата роторного снегоочистителя.

4.2. Анализ основных параметров направляющего насадка роторного снегоочистителя.

4.2.1. Влияние высоты подъема снежной массы на потери полной энергии снежного потока на выходе из направляющего насадка, верхняя стенка которого описывается уравнением параболической функции.

4.2.2. Влияние длины верхней стенки направляющего насадка на потери полной энергии снежного потока.

4.2.3. Влияния геометрической формы верхней стенки направляющего насадка на параметры снежного потока в выходном сечении направляющего насадка.

4.2.4. Анализ работы прямолинейного направляющего насадка.

4.2.5. Влияния коэффициента восстановления скорости при ударе частицы о стенку направляющего насадка на параметры потока частиц в выходном сечении направляющего насадка.

4.3. Синтез формы верхней стенки направляющего насадка.

4.4. Оптимизация направляющего насадка метательного аппарата по последовательно применяемым критериям.

Выводы по 4 главе.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФРЕЗЕРНО-РОТОРНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ.

5.1. Объект, методика и аппаратура эксперименталын.1х исследований

5.2. Экспериментадьное определение коэффициента восстановления скорости и коэффициента мгновенного трения при юаимодействии снежной частицы со стенкой насадка.

5.3. Экспериментадьные исследования процесса дробления снежных частиц при взаимодействии их со стенкой направляющего насадка.

5.4. Экспериментальные исследования движения воздушного потока в направляющем насадке метательного аппарата.

5.5. Экспериментадьные исследования метательного аппарата фрезерно-роторного снегоочистрггеля.

Выводы по 5 главе.

На большей территории России снег составляет 26.30% годового количества осадков. Продолжительность снежного периода, в зависимости от климатического пояса, колеблется от 60 до 300 суток, а высота снежного покрова достигает 1,5. 2 м /39/.

Поэтому правильная организация содержания автомобильных дорог становится жизненно важной проблемой, особенно для регионов Сибири и Дальнего Востока. Ее решение невозможно без оснащения эксплуатационных служб специальной снегоочистительной техникой /25, 56, 53/.

Увеличение парка машин без изменения их основных параметров и традиционных конструктивных схем не позволяют в полной мере решить указанную проблему /17/, так как наметившаяся тенденция резкого увеличения интенсивности движения автомобильного транспорта осложняет проблему зимнего содержания автомобильных дорог.

Опыт создания отечественных снегоочистителей и данные крупных зарубежных фирм показывают, что наиболее перспективными являются машины, позволяющие очищать покрытия дорог и аэродромов на высоких скоростях и без образования снежных валов на обочинах, осуществлять пробивку колонных: путей. К таким машинам относятся роторные снегоочистители /39/.

В связи с этим актуальной является проблема повышения эффективности при проведении снегоуборочных работ роторных снегоочистителей в различных эксплуатационных: условиях.

Поэтому разработка прогрессивных конструктивных решений основных элементов рабочего оборудования снегоочистителей должна быть направлена на интенсификацию процессов очистки покрытий от снега. Решение проблемы повышения эффективности снегоочистнык работ, проводимых фрезерно-роторными снегоочистителями, требует разработки принципиально нового фрезерно-роторного оборудования, научно обоснованного выбора его параметров /89/.

Целью данной работы является снижение потерь энергии снежного потока в метательном аппарате фрезерно-роторного снегоочистителя.

Научная новизна работы заключается в разработке обобщенной расчетной схемы метательного аппарата фрезерно-роторного снегоочистителя и на ее основе математической модели, наиболее полно отражающей процесс работы метательного аппарата; в функциональных зависимостях эффективности работы метательного аппарата от изменения конструктивных параметров ротора, направляющего насадка и физико-динамических свойств транспортируемой среды.

Практическая ценность состоит в разработке математического и программного обеспечения автоматизированного решения на ЭВМ задач анализа и синтеза основных параметров ротора и направляющего насадка метательного аппарата; разработке рекомендаций по повышению эффективности снегоочистных работ, выполняемых фрезерно-роторным снегоочистителем; разработке элементов конструкции и схемных решений ротора и метательного аппарата.

Внедрение результатов. Созданная на основе разработанной математической модели методика анализа и синтеза параметров метательного аппарата бьша внедрена в Конструкторском бюро транспортного машиностроения (КБТМ) г. Омска. Результаты теоретических исследований и рекомендаций по повышению эффективности снегоочистньсс работ, выполняемых фрезено-роторным снегоочистителем, использованы КБТМ для разработки метательного аппарата фрезерно-роторного снегоочистителя УМ-75.

На защиту вьшосятся:

- математическая модель метательного аппарата, описывающая ротор и направляюпщй насадок с учетом физико-динамических свойств снега; 7

- методика исследования и выбора рациональных параметров метательного аппарата на ЭВМ;

- рекомендации по повышению эффективности снегоочистных работ, выполняемых фрезерно-роторным снегоочистителем;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Работа выполнена в Сибирской государственной автомобильнодорожной академии на кафедре «Автоматизация производственных процессов и электротехника». Экспериментальные исследования бьши проведены КБ транспортного машиностроения, г. Омска, ведущим конструкторское сопровождение серийного производства фрезерно-роторного снегоочистителя УМ-75, на базе трактора ЗТМ-82.