В зимнее время одной из основных проблем при содержании автомобильных дорог в России является уборка снега. На обеспечение эксплуатационных характеристик дорог расходуются значительные материальные и временные ресурсы [2, 9, 10, 12]. Это связано как с природно-климатическими факторами (интенсивностью и продолжительностью снегопадов, действием ветра и связанного с этим снегопереноса, температурой окружающего воздуха и, как следствие, образованием наледи на дорогах), так и с организационными факторами, приводящими к нерегулярности проведения работ. Воздействие перечисленных факторов способствует образованию снежного наката [5]. И, как следствие, повышению аварийности на автомобильных дорогах. Определение снежного наката на автомобильной дороге службами ГИБДД представлено на рис.1.
Эксплуатационные характеристики автомобильной дороги возможны при нерегулярном профилировании, а также при удалении снега с покрытия плужными снегоочистителями (толщина слоя снега не более 25мм; для средних параметров снежных отложений при толщине слоя до 40мм).
При этом толщина слоя снежного наката, по условиям ровности, недопустима более 100–120мм. Несмотря на то, что при небольшой толщине слоя уплотнённого снега ровность меняется незначительно, на дорогахI–IIIкатегорий снег должен быть счищен с покрытия полностью. Этим обеспечиваются требуемые сцепные качества транспортного средства с поверхностью автомобильной дороги. Толщина уплотненного снега допускается на дорогах IV–Vкатегорий не более 60мм – это при условии регулярного профилирования и полной очистки от снега на подъёмах и спусках автомобильной дороги. Висключительных случаях в нормативных документах допускается присутствие снежного наката до 200мм.
Рис. 1. Определение снежного наката на автомобильной дороге службами ГИБДД
Для обеспечения эксплуатационных характеристик автомобильных дорог в зимний период городскими службами используются химические реагенты, которые отрицательно воздействуют на окружающую среду и транспортные средства. Поэтому основным подходом является снегоочистка. Для этого используются снегоуборочные машины (плужные на базе тракторов и автомобилей; шнекороторные и фрезерно-роторные машины [7, 8, 9, 10].
В связи с универсальностью и технологичностью работы в содержании автомобильных дорог широко используются фронтальные погрузчики [3, 11]. При этом большое распространение на российском рынке получили погрузчики с бортовым поворотом, управляемые скольжением колес (skid steer loader). Это связано с высокой маневренностью (радиусом поворота), траекторией вылета рабочего оборудования и положения в максимальной высоте выгрузки, многофункциональности (широкий ассортимент быстросменного навесного оборудования), низкий расход топлива при хороших мощностных показателях (вырывное усилие, сила тяги).
Этим объясняется производство таких машин практически всеми крупными предприятиями строительно-дорожной техники. Лидерами на российском рынке погрузчиков с бортовым поворотом являются:
–Китай: Sakai (NEO S200), XCMG (LW300F), SDLG (LG918);
–Южная Корея: Doosan (DL450-A), Hyundai (HSL650-7A), Daewoo;
–Россия: ОАО «КУРГАНМАШЗАВОД» (МКСМ-800, 1000, 1200), ПУМ (Уралвагонзавод);
–США: John Deere (WL56), Caterpillar (216B Series 3), Terex (TSR50), Mustang (2026), Bobcat (Series М), New Holland;
–Великобритания: JCB;
–Франция: Case;
–Япония: Komatsu (SK714-5), ТСМ;
–Швеция: Volvo (MC70C);
–Словакия: Locust (Way industry),
Занимаемый рынок (%) в России фронтальных погрузчиков с бортовым поворотом по массе (т) представлен в табл.1.
Таблица 1
Занимаемый рынок (%) в России фронтальных погрузчиков с бортовым поворотом по массе (т)
Масса (т) |
Занимаемый рынок (%) |
От 2,5 до 3 т |
До 40 |
От 3 до 3,5 т |
До 20 |
От 3,5 до 4 т |
До 20 |
От 4 до 4,5 т |
До 10 |
До 2,5 т |
До 10 |
Анализ рынка погрузчиков с бортовым поворотом представлен в отчете «Маркетинговое исследование рынка погрузчиков с бортовым поворотом», подготовленном компанией AS MARKETING.
В соответствии с изложенным в табл.2 представлены основные технические характеристики погрузчиков с бортовым поворотом различных производителей.
Таблица 2
Технические характеристики погрузчиков с бортовым поворотом
Марка |
Технические характеристики |
||||||
Мощность, кВт |
Скорость хода, км/ч |
Экспл. масса, кг |
Ном. грузопод., кг |
Ширина, мм |
Длина с ковшом, мм |
Макс. высота поднятого ковша, мм |
|
CASE SR200 |
52 |
11,8 |
3130 |
905 |
1755 |
3292 |
249 |
Mustang 3300V NXT2 |
52,7 |
12 |
4087 |
1497 |
1829 |
3901 |
4369 |
Sunbear DL165 |
60 |
13,2 |
3250 |
1200 |
1760 |
3438 |
3900 |
Hyundai HSL850-7 |
68 |
11 |
3290 |
840 |
1894 |
3470 |
2410* |
JCB 280 |
55 |
10,9 |
3767 |
1271 |
1830 |
3760 |
- |
Volvo MC95C |
59,9 |
12 |
3127 |
862 |
1730 |
3530 |
2332* |
МКСМ-800 |
32,8 |
10 |
2800 |
800 |
1680 |
3270 |
3700 |
Амкодор 211 |
57,4 |
10 |
3800 |
1200 |
1840 |
3460 |
2400* |
BOBCAT A300 |
53,5 |
11 |
3788 |
1400 |
1670 |
3152 |
3211 |
Caterpillar 242B Series 2 |
42 |
11 |
3136 |
952 |
1676 |
3437 |
2240 |
LOCUST L 903 |
51 |
13 |
3344 |
900 |
1880 |
3385 |
2060* |
Sunward SWL 4210 |
54,9 |
11 |
4360 |
1200 |
1825 |
3640 |
4025 |
Примечание. * – Высота разгрузки с опущенным ковшом.
При этом несмотря на снижение модельного ряда погрузчиков, модернизация существующих моделей (установка новых двигателей, совершенствование параметров машин) многими мировыми лидерами в производстве компактных колесных погрузчиков осуществляется постоянно. Производство российских погрузчиков с бортовым поворотом невысокое, поэтому с учетом востребованности рынка создание и модернизация таких машин является актуальным.
Ассортимент навесного оборудования постоянно увеличивается. Это позволяет выполнять различные работы с использованием одной машины. Основное навесное оборудование – ковши. На их базе также проводится совершенствование [4, 6].
На кафедре «Транспортные и технологические системы» ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» в учебном и научном процессе используется фронтальный погрузчик с бортовым поворотом «Mustang 3300V».
В рамках проводимого исследования решается задача по повышению эффективности уборки снега с образовавшимся снежным накатом на автомобильных дорогах. Это обуславливается тем, что образовавшийся снежный накат приводит к тому, что при сгребании снега одна сторона машины, которая перемещается по снежному накату, расположена выше относительно стороны машины, перемещаемой не по снежному накату. Поэтому ковш погрузчика также находится под углом к поверхности дороги. Это приводит к возникновению динамических нагрузок на рабочий орган машины и вего приводе [13], что приводит к повышенным износам и, как следствие, к снижению наработки на отказ и дополнительным затратам на обслуживание и ремонт машин [1].
Для повышения эффективности фронтального погрузчика предложена модернизация его рабочего органа. Общий вид модернизированного фронтального погрузчика (Mustang 3300V) представлен на рис.2.
На базе этой машины разрабатывается рабочий орган. Модернизированный рабочий орган фронтального погрузчика представлен на рис.3.
С целью осуществления перекоса ковша фронтального погрузчика между плитой и ковшом устанавливается шарнир (рис.4). Смазывание в зоне контакта подвижных элементов шарнира ковша фронтального погрузчика осуществляется через пресс-масленку.
Управление перекосом ковша осуществляется двумя гидроцилиндрами. Учитывая то, что при работе этих гидроцилиндров будет возникать не только линейное возвратно-поступающее движение, но и действие, вызывающее изгиб гидроцилиндра, в его проушинах устанавливаются сферические подшипники скольжения с пресс-масленками. Соответственно, гидросхема модернизированного фронтального погрузчика будет дополнена исполнительными гидродвигателями и гидрораспределителем управления раскосом ковша машины.
Рис. 2. Общий вид модернизированного фронтального погрузчика (Mustang 3300V)
Рис. 3. Модернизированный рабочий орган фронтального погрузчика:1 – кронштейн; 2 – крепежные зажимы; 3 – болтовое соединение; 4 – ковш; 5 – П-образный кронштейн; 6; 10 – крепежная плита; 7 – втулка; 8 – монтажная плита; 9 – палец; 11 – гидроцилиндр перекоса
С целью дальнейшего исследования предложенной конструкции фронтального погрузчика необходимо провести факторный анализ, оценить условия работы модернизированной машины на лабораторных и промышленных образцах.
Рис. 4. Шарнир ковша фронтального погрузчика:1, 2 – крепежная плита; 3 – палец; 4 – втулка; 5 – отверстия для болтовых соединений
Технико-экономический эффект достигается за счет повышения производительности машины (снижения количества проходов), увеличения наработки на отказ. При модернизации машины учитываются принципы унификации и стандартизации. Это позволяет снизить затраты на создание и эксплуатацию техники.