1523

Трудность создания внедорожного автомобиля в том, что поверхности с низкой несущей способностью, такие как снег, песок, болотистая почва, по своим физическим свойствам воспринимают вертикальную нагрузку и сопротивляются приложенному тяговому усилию очень разнообразно. Сложно создать универсальную вездеходную машину, одинаково успешно передвигающуюся при различных дорожных условиях.

Проходимость как способность преодолевать препятствия в пути в условиях бездорожья будет измеряться средней скоростью движения и влиять на производительность автомобиля. Оценить проходимость можно габаритными, тяговыми и опорно-сцепными параметрами.

Повысить проходимость колесных машин можно за счет цепей противоскольжения, браслетов и скоб, противобуксовочных колодок, уширителей различных конструкций, установки шин низкого давления или иных приспособлений, которые монтируются на штатные пневмоколесные движители. Недостатком цепей противоскольжения является их свойство интенсивно увеличивать глубину колеи, а также увеличение сопротивления движению до 60 %. Применение дискретных уширителей дает ощутимый эффект только для машин с колесной формулой 8×8, при этом сила тяги возрастает на 25–30 %. Использование ленточного уширителя, представляющего собой две резинотканевые ленты, соединенные между собой металлическими грунтозацепами, значительно увеличивает габаритную ширину машины, а при поворотах уширители имеют склонность к спаданию. Применение высокоэластичных пневмоколесных движителей сверхнизкого давления на базе существующих широкопрофильных шин невозможно на стандартном автомобиле без доработок ввиду больших габаритных размеров.

Одним из эффективных способов повышения проходимости колесных машин по снегу и грязи является применение вездеходных гусеничных движителей (полугусеничных и гусеничных ходов). Основная идея и разработка конструкции принадлежит американцу Глену Брэйзиру. Главным недостатком конструкции является сила, стремящаяся провернуть конструкции вокруг своей оси.

Хочется также отметить, что теория движения и методы расчета колесных машин по грунтам с низкой несущей способностью, к которым относится и снег, достаточно хорошо описаны как зарубежными, так и отечественными учеными. Д.В. Зезюлин и В.С. Макаров в своей работе «Метод повышения эффективности движения колесных машин по снегу путем выбора рациональных параметров движителей» доста-

581

точно глубоко затрагивают эффективность параметров колесных движителей. Однако вопросы передвижения машин по снегу на специальных устройствах (вездеходных гусеничных движителях) недостаточно освещены. В связи с этим работа, посвященная обоснованию технических решений и расчетов, позволяющих существенным образом дать прорыв в создании колесных высокопроходимых машин, является достаточно актуальной в настоящее время.

Конструкция гусеничного движителя изображена на рис. 1. За счет угла, создаваемого между плоскостью дороги и передним натяжным роликом 1, улучшается проходимость вследствие более легкого въезда на препятствия. Подобный угол будет устроен и у заднего опорного ролика. Всего в конструкции будет пять опорных 2 и один натяжной ролик 1 [2]. Плавность хода будет основываться на стандартной подвеске автомобиля и за счет вращения балансирной тележки 4 вокруг оси колес. Вращение тележки будет контролироваться ограничителем переворота, без которого эксплуатация автомобиля на данных движителях невозможна. Натяжение движителя может осуществляться разведением переднего натяжного ролика 1.

Рис. 1. Гусеничный ход для автомобиля категории М1: 1 – ведомый натяжной ролик; 2 – опорные ролики; 3 – ведущее колесо;

4 – треугольная балансирная тележка; 5 – движители

Конструкция имеет следующие параметры: высота h – 808 мм, диаметр ведущего колеса d – 380 мм, длина l – 1175 мм, ширина b –

300 мм.

Одно из основных преимуществ гусеничной машины, по сравнению с колесной, – значительно меньшее удельное давление [3].

582

Опорная поверхность колес автомобиля меньше опорной поверхности гусеничных движителей. Из-за большого удельного давления колеса автомобиля при движении по мягкой почве слишком глубоко погружаются в грунт. Ввиду этого сопротивление качению автомобиля может оказаться столь значительным, что автомобиль не сможет двигаться.

Вездеходные гусеничные движители универсальны и устанавливаются на внедорожный автомобиль категории М1 без изменения его конструкции на ступичный узел взамен пневмоколесных движителей.

Удельное давление (р) определяют, разделив вес автомобиля на площадь опорной поверхности гусеничных движителей, т.е. на площадь той части гусениц, которая лежит на грунте [1]. Расчет производился для автомобиля УАЗ-3163.

р 2 Gb l ,

где G – вес автомобиля; b – ширина гусеницы; l – длина опорной поверхности гусеницы.

Среднее удельное давление на грунт у автомобилей с пневмоколесами колеблется в переделах от 1,5 до 2,5 кг/см2.

Рис. 2. Схема сил, действующих на движитель

Так как гусеничный движитель представляет собой конструкцию, несимметричную относительно оси вращения, движитель под действием некоторого момента (Мk на рис. 2) пытается провернуться

583

вокруг оси под препятствие или при упоре переднего или заднего угла движителя. Для предотвращения опасного переворота требуется внедрить ограничители, которые будут жестко связывать балансирную тележку движителя с несущей конструкцией автомобиля. На рис. 3 представлена схема сил, действующих на ограничитель, позволяющая определить его конструкцию и параметры.

Рис. 3. Условная схема сил, действующих на ограничитель

Гусеничные системы являются альтернативой гусеничной техники для перемещения в труднопроходимых условиях. Техникоэкономические расчеты показали, что гусеничные движители обходятся намного дешевле, чем приобретение новой гусеничной техники. Применение их может оказать незаменимую помощь для служб МЧС и скорой медицинской помощи в отдаленных районах, куда колесная техника добраться не может. Гусеницы для автомобилей можно использовать в разных целях, будь то работа или отдых, развлечения, например: охота, рыбалка, туризм, сельское хозяйство, строительство, поиск и спасение в непроходимых местах, научно-исследовательские ситуации и многое др. Автомобили, оборудованные гусеничными движителями, превосходно ведут себя на различных покрытиях.

Список литературы

1.Расчет и конструирование гусеничных машин / Н.А. Носов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1972. – 560 с.

2.Стрелков А.Г. Конструкция быстроходных гусеничных машин: учеб. пособие. – М.: Изд-во МАМИ, 2005. – 664 с.

3.Конструкция и расчет танков и БМП: учеб. / В.А. Чобиток, Е.В. Данков, Ю.Н. Брижинев [и др.]. – М.: Воениздат, 1984. – 376 с.

4.Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 1985. – 416 с.

584

5. Наумов Е.С., Платонов В.Ф. Ходовая система гусеничного трактора: учеб. пособие для студентов специальности «Автомобиле- и тракторостроение» / под ред. В.М. Шарипова. – М.: Изд-во МАМИ, 2011. – 64 с.

Об авторах

Бруданов Антон Михайлович – студент кафедры автомобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: brudanovam@gmail.com.

Пугин Константин Георгиевич – кандидат технических наук,

доцент кафедры автомобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: 123zzz@rambler.ru.

585

УДК 629.033

А.Г. Выборный, К.Г. Пугин

РАЗРАБОТКА СНЕГОУБОРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА АВТОМОБИЛИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ

Статья посвящена вопросам уборки снега с дорог в стесненных условиях города при использовании малогабаритных плужных снегоочистителей специальной конструкции. Выполнен анализ технологий уборки снега в России, предложена своя мобильная схема. Разработаны конструкция и условия эксплуатации снегоуборочного отвала, устанавливаемого на автомобиль.

Ключевые слова: плужный отвал, автомобиль повышенной проходимости, тяговый расчет, снегоуборочная техника.

A.G. Vybornyy, K.G. Pugin

DEVELOPMENT OF THE SNOW-REMOVING EQUIPMENT ON CARS OF THE INCREASED PASSABILITY

Article is devoted to questions of cleaning of snow from roads in the constrained city conditions when using small-sized plow snowplows of a special design. In article the analysis of technologies of cleaning of snow in Russia is made, the mobile scheme is offered. The design and service conditions of a snow-removing dump on the car is developed.

Keywords: plow dump, the car of the increased passability, traction calculation, snow-removing equipment.

Одной из основных и затратных работ по содержанию северных регионов России является уборка снега с дорог, площадей и тротуаров. Данные работы в большей степени направлены на обеспечение бесперебойного и безопасного движения транспортных средств и пешеходов при снегопадах, метелях, обледенении дорожных покрытий. В России широко известны технологические схемы очистки от снега городских улиц с применением тяжелых грейдеров, автомашин, колесной тракторной техники, оснащенных в основном лопатами-отвалами, большегрузных самосвалов и транспортеров для погрузки снега. Использова-

586

ние этой техники возможно только на широких улицах, что ограничивает их применение на тротуарах и придомовых территориях, которые составляют до 70 % от общей площади жилого района [1].

Внашей стране данная проблема решается при помощи ряда организаций, предлагающих свои услуги по уборке снега на узких улицах, парковках, частных строениях и тротуарах. Такие организации предлагают арендовать маневренный фронтальный погрузчик, который в короткий срок способен произвести уборку снега на больших территориях либо складировать (хранить) снег в специальных отвалах или контейнерах с последующим вывозом. Данные предложения финансово неэффективны для мелких фирм и частных лиц, а также зачастую оборачиваются большой головной болью для них: необходимостью нанимать спецтехнику, контролировать их работу. Одним из способов устранения данной проблемы является использование малогабаритного плужного снегоочистителя, устанавливаемого на автомобиль.

На данный момент в России набирает популярность установка малогабаритных отвалов на автомобили. Множество компаний предлагают широкий спектр снегоуборочных отвалов, а также малой снегоуборочной техники: соле- и пескоразбрасыватели, аксессуары. Самые известные компании в нашей стране – это «Борус-СТ» (Россия)

иMeyer (США).

Вработе малогабаритных отвалов заложен принцип действия плужных снегоочистителей, они предназначены для установки на крупногабаритную дорожную технику, созданную для очистки магистральных дорог от свежевыпавшего и слежавшегося снега путем перемещения его отвалом, установленным под углом к направлению движения машины, в боковой вал. По принципу работы различают отвалы сдвигающего и отбрасывающего действия. Отвалы сдвигающего действия пригодны для работы на слежавшемся снеге высокой твердости и плотности. Эти снегоочистители используются на малых скоростях, так как только тогда могут реализовываться необходимые высокие тяговые усилия базовой машины. Отвалы отбрасывающего действия используются на больших скоростях и применяются при работе на свежевыпавшем снегу. При их использовании обязательно применяются защитные устройства, которые допускают смещение отвала по вертикали и горизонтали; это необходимо для предотвращения аварий при столкновении с непреодолимой преградой. Форма рабочей поверхности отвала у скоростных снегоочистителей подбирается так,

587

чтобы снег отбрасывался в оптимальном направлении при наименьшем сопротивлении движению.

Анализ работы машины при уборке в стесненных условиях существующей городской застройки показал, что предполагается наличие пространственных препятствий на территории, ограничение по ширине, протяженности, высоте и глубине размеров рабочей зоны, мест размещения уборочной техники и проездов транспортных средств, повышенную степень экологического, материального риска, наличие движущихся объектов. С учетом данных условий работы был подобран отечественный автомобиль повышенной проходимости, обладающий достаточным сцепным весом (для реализации толкающего усилия) и маневренностью при осуществлении уборки снега – УАЗПатриот.

Общий вид автомобиля повышенной проходимости с установленным плужным отвалом (снегоочистителем) представлен на рис. 1.

Рис. 1. Автомобиль повышенной проходимости с установленным плужным снегоочистителем: 1 – рама автомобиля; 2 – рама крепления отвала;

3 – плужный отвал; 4 – лебедка

Главным условием установки такого рабочего органа на автомобиль является наличие рамы у автомобиля. Для крепления отвала к раме автомобиля была спроектирована рама снегоуборочного отвала (рис. 2). Она жестко крепится болтовыми соединениями к раме автомобиля. На специальной площадке рамы отвала установлена электрическая лебедка, которая выполняет роль подъемного механизма отвала. Для предотвращения поломки рабочего органа и базовой машины при контакте ножа с непреодолимым препятствием применяют различные по конструкции предохранительные устройства. Основным элементом предохранительного устройства является амортизатор со

588

штоком, удерживаемым в определенном положении пружинами, и коническим фиксатором, рассчитанным на заданное усилие. Вследствие того что данный отвал не имеет большой массы и рабочая скорость автомобиля не превышает 40 км/ч, для защиты от разрушающих усилий при наезде на препятствие в конструкции отвала используется резиновый нож (рис. 3).

Основным преимуществом этого оборудования является возможность эксплуатировать уже имеющийся у вас автомобиль, без внесения изменений в конструкцию, а система быстрого демонтажа/монтажа позволяет в любой момент вернуться к обычному использованию автомобиля. Автомобиль не становится узкоспециализированным, а, напротив, приобретает дополнительные функции, что расширяет его потребительские качества. Высокая энерговооруженность автомобиля, большая проходимость, малые габариты устанавливают спектр устройств, позволяющих по-новому взглянуть на процесс уборочных работ территорий населенных пунктов. В дальнейшем возможно усовершенствование оборудования. Разработка гидравлического подъемного механизма, а также модернизация способа крепления, могут помочь нам в проблемах унификации и универсализации данного устройства.

589

Для обеспечения безопасной эксплуатации снегоуборочного отвала на автомобиле повышенной проходимости были разработаны следующие правила эксплуатации:

скорость передвижения – до 30–40 км/ч;

избегать наезда на препятствия;

при высоком снежном покрове работать на 0,5 ширины отвала;

периодически проверять и следить за местами крепления от-

вала;

следить за работой лебедки, не поднимать отвал до упора;

по окончании работы очистить отвал от снега;

нахождение людей в зоне работы отвала запрещено. Спроектированный плужный отвал, устанавливаемый на граж-

данские автомобили повышенной проходимости УАЗ-Патриот, позволяет своевременно производить уборку снега во дворах, а также на узких улицах, остановках, парковках, тротуарах в зимний период. Преимущество конструкции в простоте монтажа/демонтажа установки, а также надежности при эксплуатации и хранении.

Совершенствование снегоуборочной техники в период унификации производства является особо актуальной задачей, решение которой выступает важным условием комфортного и безопасного передвижения по нашим дорогам.

Список литературы

1.Егоров А.Л., Мерданов Ш.М. Сбор и утилизация снега с дорог // Проблемы безопасности дорожного движения: материалы 1-й Рос.-герман. конф. – Омск: Изд-во Сибир. авт.-дорож. ин-та, 2002.

2.Эксплуатация подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин (Строительные машины): учеб. / Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов, В.В. Шефер, А.А. Иванов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Тюмень: Изд-во Тюмен. гос. нефтегаз. ун-та, 2012. – 432 с.

3.Филатов С.Ф., Рычкова О.А. Дорожные покрытия в зимних условиях. – Омск: Изд-во Сибир. авт.-дорож. ин-та, 2011. – 78 с.

4.Яцкевич В.В. Машины для земляных работ. – Минск: Изд-во Белорус. нац. техн. ун-та, 2012. – 93 с.

590