Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА ДЛЯ УБОРКИ СНЕЖНОГО НАКАТА

Конев В.В. 1 Мерданов Ш.М. 1 Фоминых К.П. 1 Ахундов Т.И. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
В статье рассмотрен вопрос повышения качества уборки снежного наката с автомобильных дорог. В зимних условиях в 4–7 раз снижается коэффициент сцепления колес с поверхностью дороги. На основании проведенного анализа методических рекомендаций, руководства по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах определены основные требования по их содержанию. При этом в условиях резкого перепада температур, влажности снега, интенсивности снегопада, недостаточного количества снегоуборочной техники происходит образование снежного наката. Основными способами ликвидации снежного наката являются использование антигололедных материалов снегоуборочных машин. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки. При проведении снегоуборочных работ широкое распространение получили фронтальные погрузчики. Это связано с их универсальностью, проходимостью, энергоэффективностью. Определено, что при уборке снежного наката ковшом фронтального погрузчика происходит интенсивный износ одной из кромок ковша. Это связано с углом наклона машины к автомобильной дороге, вследствие образовавшегося наката. В соответствии с этим поставлена задача по совершенствованию рабочего органа фронтального погрузчика.
снежный накат
ковш погрузчика
фронтальный погрузчик
уборка снега с дорог
модернизация ковша
1. Гар В. Фронтальные погрузчики: больше и лучше // Основные Средства № 9/2003. URL: os1.ru/article/pto/2003_09_A_2005_02_17-13_53_21.
2. Закирзаков Г.Г., Конев В.В., Набиуллина Ю.А. Модернизация ковша фронтального погрузчика для подгребания снега // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2, часть 1. – URL: fundamental-research.ru/ru/issue/view?id=702.
3. Конев В.В., Мерданов Ш.М. Модернизация ковша фронтального погрузчика для уборки снега // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2, часть 2. – С. 262–266. – URL: fundamental-research.ru/pdf/2016/2016_2_2.pdf.
4. Минин В.В. Концепция повышения эффективности универсальных малогабаритных погрузчиков. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 304 с.
5. Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования (Письмо Росавтодора от 17.03.2004 № ОС-28/1270-ис).
6. Мерданов Ш.М., Конев В.В., Половников Е.В., Мерданов М.Ш. Раздвижной отвал снегоуборочной машины Патент № 152034 E01H5/06 заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет.
7. Мерданов Ш.М., Конев В.В., Балин А.В. Исследование конструкций отвалов снегоуборочных машин // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2945.
8. Методические рекомендации по защите и очистке автомобильных дорог от снега (Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 01.02.08 № 44-Р).
9. Обзор рынка одноковшовых колесных погрузчиков // Горная Промышленность. – 2006. – № 6. – URL: mining-media.ru/ru/article/transport/1044-obzor-rynka-odnokovshovykh-kolesnykh-pogruzchikov.
10. Постановление Правительства РФ от 23.10.1993 № 1090 (ред. от 21.01.2016) «О Правилах дорожного движения» (Утверждены Постановлением Совета Министров Правительства Российской Федерации от 23 октября 1993 г. № 1090).
11. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах (Утверждено распоряжением Минтранса России от 16 июня 2003 г. № ОС-548-р).

В зимний период времени одной из основных проблем для городов России является уборка снега с автомобильных дорог. На обеспечение эксплуатационных характеристик дорог расходуются значительные ресурсы. Это связано с температурой окружающего воздуха и ее перепадами, интенсивностью и продолжительностью снегопадов, сопровождающихся действием ветра.

В соответствии с п. 13 Основных положений по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностей должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения должностные и иные лица, ответственные за состояние дорог, обязаны содержать дороги в безопасном для движения состоянии в соответствии с требованиями стандартов, норм и правил; принимать меры к своевременному устранению помех для движения, запрещению или ограничению движения на отдельных участках дорог, когда пользование ими угрожает безопасности движения [10].

Для уборки снега с дорог применяется большой парк техники: плужно-щеточные, шнекороторные, плужные, снегоочистители; лаповые снегопогрузчики; фронтальные погрузчики [2, 3, 8].

Основную проблему при эксплуатации автомобильных дрог представляет зимняя скользкость. Руководством по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах определено, что все виды снежно-ледяных отложений, образующихся на дорожном покрытии, по внешним признакам подразделяют на рыхлый снег, снежный накат и стекловидный лед. Снежным накатом является слой снега, уплотненного колесами проходящего автотранспорта. На рис. 1 представлена автомобильная дорога со снежным накатом.

pic_63.tif

Рис. 1. Автомобильная дорога со снежным накатом

Снежный накат может иметь различную толщину – от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров – и плотность от 0,3 до 0,6 г/куб. см [11]. При борьбе с этими характерными видами скользкости применяют разные технологические операции и нормы распределения материалов.

Сцепление колес с автомобильной дорогой зависит от ряда факторов: качества подвески, давления в шинах. При этом основным фактором является качество и состояние дорожного покрытия. Значения коэффициента сцепление колес с дорогой в зависимости от ее состояния представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициента сцепления колес с дорогой

Дорога

Поверхность

Сухая

Мокрая

С асфальтобетонным, цементобетонным покрытием

0,7–0,8

0,35–0,45

С щебеночным покрытием

0,6–0,7

0,3–0,4

Грунтовая

0,5–0,6

0,2–0,4

Обледенелая, со снежным накатом

0,1–0,2

Покрытая снегом

0,2–0,3

Из таблицы видно, что значение коэффициента сцепления колес с обледенелой и со снежным накатом дорогой падает в 4–7 раз по сравнению с сухой поверхностью дороги с асфальтобетонным покрытием.

Согласно Методическим рекомендациям по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования [8], снежный накат толщиной не более 4 см допустим только на автодорогах группы «В» при интенсивности движения до 500 автомобилей в сутки. В случае, если интенсивность движения составляет более 500 автомобилей в сутки, наличие снежного наката на дорогах не допустимо.

При зимнем содержании автомобильных дорог для ликвидации снега применяют антигололедные реагенты, которые подразделяют:

– по структуре (твердые, жидкие, гранулированные);

– по воздействию (абразивные (фрикционные), химические, комбинированные и физико-химические).

Химический способ основан на использовании материалов, которые при контакте со снежно-ледяными отложениями переводят их в раствор, не замерзающий при отрицательных температурах. Это позволяет предупредить образование зимней скользкости или ликвидации уже образовавшихся снежно-ледяных отложений (снежный накат, стекловидный лед).

Комбинированный (химико-фрикционный) способ предполагает использование совместно химических и фрикционных антигололедных материалов. Эффективен для ликвидации снежно-ледяных отложений и повышения коэффициента сцепления на дорожном покрытии.

Фрикционный способ применяется на участках дорог III–V категорий, а также на дорогах, расположенных в регионах с продолжительными и устойчивыми температурами ниже минус (20–25 °С), или в условиях запрета использования химических антигололедных материалов.

Физико-химический способ основан на придании асфальтобетонному покрытию противогололедных свойств путем введения наполнителя в асфальтобетонную смесь. Это создает на поверхности покрытия гидрофобный слой, снижающий адгезию снежно-ледяных отложений к покрытию или предотвращающий их образование.

Несмотря на то, что использование антигололедных материалов имеет низкие затраты времени и средств на содержание дорог, основным недостатком является экологичность используемых средств, их влияние на окружающую среду. Поэтому широко используется механическое воздействие на лед специальными рабочими органами машин, не разрушающими поверхность дорог и тротуаров [5–7].

В условиях недостатка снегоуборочного оборудования, в том числе при резком возникновении снегопадов, а также экономии средств муниципальные образования городов не всегда убирают снег с дорог в течение 4–6 часов после окончания снегопада, как это указывается регламентами. Это приводит к образованию скользкости (снежный накат и стекловидный лед).

Рассмотрим машины для удаления льда, наледи и уплотненного снега.

Российскими производителями на базе трактора МТЗ 80/82, на заднюю навеску устанавливается скалыватель льда УДМ 2000 (ледоскалыватель, фреза ледоскалывающая), который предназначен для эффективного скалывания и удаления льда, наледи и уплотненного снега с любых поверхностей. Во время рабочего процесса барабан, оснащенный металлическими шипами, прокатывается по поверхности дороги, разрушая ледяную корку и не повреждая дорожное покрытие.

Скалыватель льда модели: ВМ 1760, ВМ 1772, ВМ 1784 (Китай) представляет собой барабан с вертикально установленными лопатками, которые разрушают лед, наледь и уплотненный снег, врезаясь в него под действием веса рабочего органа. Недостатками является большая масса рабочего органа, необходимость использования мощного трактора, а главное, высокая цена (более 10 тыс. долларов США). Данный рабочий орган оправдан при больших объемах работ. Технические характеристики представлены в табл. 2.

Анализ технологических схем уборки снега с дорог и применяемых при этом машин показал, что используется большой парк техники. Одними из основных машин, которые используются при уборке снега с автомобильных дорог, являются фронтальные погрузчики. Это объясняется такими эксплуатационными свойствами, как универсальность, проходимость, эргономичность, информативность, энергоэффективность. Для повышения эффективности погрузчиков при уборке снега с дорог на них устанавливаются различные рабочие органы, основными из которых являются: ковши различной вместимости и конструкции; отвал для снега; снегометатель, щетка [1, 4, 9].

pic_64.tif

pic_65.tif

Рис. 2. Скалыватель льда, уплотнённого снега

Производителями России, США, Англии предлагается навесное оборудование «скалыватель льда, уплотнённого снега», предназначенное для уборки уплотненного снега, наледи, застывшей грязи с поверхности автомобильной дороги (рис. 2).

Таблица 2

Технические характеристики скалывателей льда

Характеристика

УДМ 2000

ВМ 1760

Количество рабочих дисков/резцов на диске, шт.

11/6

84 скалывающих лопаток

Тип привода

гидравлический/механический

гидравлический

Угол поворота скалывателя, град.

30

Ширина очищаемой полосы, мм

1800

1540

Рабочая глубина скалывания, мм (за один проход)

45

до 300

Скорость передвижения км/ч:

– в рабочем положении

– в транспортном положении

2–10

30

до 7

Таблица 3

Технические характеристики «скалывателя льда, уплотнённого снега»

Характеристики

Bobcat Mini (США)

Bobcat Super (США)

Бурсервис (Россия)

Рабочая масса, кг

45

78

Высота, мм

485

483

Длина и ширина, мм

915×485

1143×1397

1300/–

Диаметр рабочего диска, мм

457

559

600

Главная рабочая часть рабочего органа это конусообразный вращающийся диск со сменной заостренной режущей кромкой. Это позволяет погрузчику удалять лед и снежный накат. Процесс монтажа и демонтажа рабочего органа осуществляется с использованием механизма Bob-Tach, который позволяет надежно и быстро закрепить навеску. Быстроразъемные муфты с возможностью сброса давления обеспечивают удобство монтажа навесного оборудования за счет обратного отвода гидравлического масла назад в бак машины при вдавливании соединительной муфты. Фирмой предлагаются две модели «скалывателя льда, уплотнённого снега Bobcat» – Mini и Super. Аналогом «скалывателя льда» является рабочий орган «Бурсервис» (Россия). Технические характеристики представлены в табл. 3.

В современных экономических условиях России возникает необходимость развития отечественного машиностроения (производство машин, рабочих органов, их модернизация). Основой для решения задач является повышение технико-экономических показателей машин.

При существующих разработках широкое применение в уборке снежного наката имеют фронтальные погрузчики с ковшом.

Уборка снега фронтальным погрузчиком с автомобильной дороги в случае возникновения снежного наката представлена на рис. 3. При уборке снежного наката (рис. 1) погрузчиком одна сторона машины, которая перемещается по накату, находится выше, а другая, которая перемещается по поверхности дороги без снежного наката, находится ниже. В результате образуется угол наклона машины. В таком случае ковш погрузчика также находится под углом к горизонту. Это приводит к тому, что убрать снег в один проход снегопогрузчиком затруднительно, также происходит износ одной стороны А ножа ковша (показано стрелкой на рис. 3), которая находится у основания угла наклона машины к автомобильной дороге.

pic_66.tif

Рис. 3. Уборка снежного наката фронтальным погрузчиком

Одним из перспективных направлений решения указанной задачи является модернизация рабочего органа ковша [2, 3], так как, это требует меньших затрат времени, средств по сравнению с созданием нового рабочего органа или машины в целом. Главное, модернизация повышает универсальность машины, производительность, позволяет исключить потери времени и труда на установку сменного рабочего органа.

С целью дальнейших исследований необходимо провести анализ фронтальных погрузчиков для выбора базовой машины, провести разработку рабочего органа для уборки снежного наката и оценить эффективность использования результатов НИР.


Библиографическая ссылка

Конев В.В., Мерданов Ш.М., Фоминых К.П., Ахундов Т.И. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА ДЛЯ УБОРКИ СНЕЖНОГО НАКАТА // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-1. – С. 66-70;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40127 (дата обращения: 24.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252