Анализ годовых статистических данных Гидрометеоцентра России показывает, что по Тюменской области число дней с метелью составляет 130, объем снегопереноса на 1метр дороги 1000м3, высота снежного покрова – 30–40см. Это указывает на интенсивность снегопадов и возникающие вследствие этого затруднения при эксплуатации транспорта. Создание и поддержание качественного состояния автомобильных дорог и тротуаров в городских условиях в течение всего срока их эксплуатации является одной из основных задач муниципальных служб города. Впериод всего срока эксплуатации дорог необходимо реализовывать их свойства по скорости и непрерывности передвижения транспортных средств, обеспечения безопасности и интенсивности участников движения, общей массы и габаритов транспортных средств, включая экологические и эстетические показатели эксплуатации дорог. Изменение указанных показателей оказывает влияние на техническое состояние транспортных средств.
В последние десятилетия заметна тенденция активного роста городов Тюменской области РФ. Это привело к повышению интенсивности дорожного движения. Строительство, реконструкция и изменение организации движения на дорогах не решают проблем с образованием затруднений передвижения автотранспорта, а также безопасности движения [3, 12, 14]. При этом несмотря на то, что машин на дорогах в зимнее время становится меньше, по сравнению с летним периодом, пропускная способность дорог зимой на дорогах значительно уменьшается из-за образования вала снега. При этом в каталоге типичных дефектов содержания конструктивных элементов автомобильных дорог (Том2. Дефекты зимнего периода) указывается, что наличие снежного вала на обочинах после завершения снегоуборки недопустимо на дорогах всех категорий при всех уровнях содержания. Также при уборке снега с дороги снегоуборочные машины создают помехи для автотранспортных средств [9, 10].
Анализ схем механической очистки дорог, снегоуборочных машин показал, что они продолжают совершенствоваться, так как возникает необходимость повышения производительности, снижения трудовых, материальных затрат, уменьшения времени выполнения работ [2, 4, 5, 13]. Очевидно, что в задачу предприятий, эксплуатирующих снегоуборочную технику, входит оптимизация парка машин, использование различных технологий содержания дорог в зимний период [9, 10].
По результатам исследований DISCOVERY Research Group объем рынка снегоуборочной техники за последние три года вырос на 16 %, в основном за счет импорта. Статистика подтверждает потребность и необходимость повышения количества снегоуборочных машин. Всоответствии с этим целесообразно создание и совершенствование снегоуборочных машин российского производства [1, 6, 7, 8].
На основе проведенного анализа схем механической очистки дорог от снега и используемых при этом машин, в зависимости от условий, возможны различные средства и способы уборки снега. При этом в большинстве способов используются плужные снегоочистительные машины. Это связано с обеспечением при их использованиивысоких эксплуатационных свойств снегоуборочной техники, основными из которых являются: надежность, проходимость, универсальность, безопасность и энергоэффективность [6, 7, 8, 11].
аб
в г
Рис. 1. Схемы плужных снегоочистителей: а – одноотвальный; б – одноотвальный с крылом; в – двухотвальный; г – двухотвальный с крылом; 1 – автомобиль, трактор на пневмоходу; 2 –отвал; 3 – крыло; 4 – гусеничный трактор
С целью увеличения ширины уборки снега с автомобильных дорог используются различные конструкции. Схемы плужных снегоочистителей представлены на рис.1.
Плужные машины при очистке дороги от снега сдвигают его в сторону и создают вал снега. Для погрузки этого вала в комплекте машин используется машина, которая занимает вторую полосу движения по автомобильной дороге. Вусловиях города – это нецелесообразно. Всоответствии с этим предложена схема механической очистки автомобильной дороги, в которой занимается комплектом машин одна полоса. Для этого комплекта машин предлагается разработать рабочий орган плужной снегоочистительной машины.
Сила сопротивления резанию и перемещению снежной призмы при очистке снега с дороги действует на машину (рис.1, а и б) под углом установки поворотного, это вызывает смещение машины, т.к. возникает сила, сдвигающая машину вправо или влево, в зависимости от направления перемещения снега поворотным отвалом.
Данный недостаток устраняется в схемах компоновок снегоуборочных машин с отвалами, представленных на рис.1,в и г. При этом необходимо учитывать, что для этих схем требуются машины большего тягового класса и сцепного веса.
На рис.2 представлена схема действия сил на поворотный отвал снегоуборочной машины при оценке продольной горизонтальной устойчивости.
Из рис.2 видно, что чем больше угол поворота отвала, тем меньшее усилие будет действовать на сопротивление перемещению машины и большее усилие на смещение машины в сторону от дороги.
При уборке снега с дорог очищать снег со средней части, вдоль оси ее перемещения машины нет необходимости, поэтому конструкцию отвала предлагается изменить. Это позволяет устранить недостатки, указанные в ранее рассмотренных конструкциях.
Схема предлагаемой снегоуборочной машины представлена на рис.3. Установка на машину сдвоенного отвала позволяет компенсировать смещение машины.
В соответствии с этим предложена конструкция отвала. Общий вид снегоуборочной машины представлен на рис.4.
Рис. 2. Схема действия сил на поворотный отвал снегоуборочной машины:Wт – сила сопротивления передвижению машины; φ – угол поворота отвала; В – ширина полосы; Впр – ширина призмы; Rб, Rn – соответственно осевая и поперечная составляющая распределения силы перемещения призмы снега; R1, R2 – реакции воздействия на машину; Vм – рабочая скорость машины; А – центр массы призмы снега; Wр/sin φ – сила сопротивления резанию; L0, L1, L2 – плечи действия сил
Рис. 3. Схема снегоуборочной машины:1 – направление перемещения снегоуборочной машины; 2 – снегоуборочная машина; 3 – сдвоенный отвал
На базе МТЗ-82 комплектуются коммунально-уборочные машины различного назначения. Установка предлагаемого рабочего органа позволит расширить комплекс работ, выполняемых при содержании автомобильных дорог. При этом дополнительной установки гидравлического оборудования для привода рабочего органа в штатной машине не потребуется.
Схема механической очистки комплектом снегоуборочных машин с использованием предложенной конструкции отвала представлена на рис.5.
Модификацией отвала является использование открылок на отвалах, осуществление как единого, так и независимого управления левой и правой частями сдвоенного отвала. Это позволяет повысить универсальность машины и условий выполнения снегоочистительных работ.
Рис. 4. Общий вид снегоуборочной машины: 1 –базовая машина; 2 – рама; 3 – двойной отвал; 4 – гидроцилиндры подъема-опускания отвала; 5 – балка
Рис. 5. Схема механической очистки комплектом снегоуборочных машин: 1 – модернизированный плужный снегоочиститель (на примере МТЗ-82); 2 – лаповый снегопогрузчик; 3 – самосвал; 4 – направление движения машин; 5 – перемещение снега по сдвоенному отвалу
Конструкция рабочего органа является универсальной, а снегоуборочная машина, оснащенная этим оборудованием, будет иметь высокую производительность за счет повышения ширины убираемой от снега поверхности дороги, а также снижения энергозатрат на проведение работ. Впредложенной конструкции отвала также разрабатывается вариант его работы (левой и правой частей отвала) как независимо, так и совместно. Также учитывается в конструкции возможность уменьшения ширины сдвоенного отвала. Это необходимо для приведения снегоуборочной машины в транспортное положение. Снижение цены разработки достигается за счет модернизации штатных отвалов, установленных на машины, а также использования стандартных деталей и унифицированных агрегатов.