книги из ГПНТБ / Иванов, А. Н. Развитие конструкций снегоочистительных машин обзор

При угле захвата 6о, меньшем, чем угол бКрит, масса сне­ га отрывается от лопасти и падает внутрь фрезы. При встре­ че частицы с лопастью начальная скорость движения части­ цы

у„ = г О sin2 я.

Характер движения частицы в зоне резания следует счи­ тать неустановившимся, так как мгновенная угловая ско­ рость и направление движения частицы переменны. На ко­ нечную скорость частицы наиболее существенно влияют угол подъема винтовой линии, скорость вращения и радиус фре­

меньше угол захвата частицы лопастью. Кривые изменения угловой скорости и угла поворота частицы во времени име­ ют вид затухающих синусоид, которые с течением времени стремятся к прямым, параллельным оси абсцисс. Таким обра­ зом, в шнеке, закрытом сплошным конусом, частица при установившемся характере движения может перемещаться поступательно по образующей условного цилиндра под не­ которым углом к вертикали.

Пропускная способность винтовой ленты определяется объемом и формой призмы волочения, которая образуется при вращении лопасти в поле действия центробежных сил. Форма свободной поверхности снега на лопасти описывается логарифмической спиралью, площадь сечения перемещае­ мого материала треугольная (рис. 7). Поскольку лопасть одновременно срезает и транспортирует снег, призма воло­ чения располагается на слое снега, который лопасть срежет

Характер формирования призмы волочения на винтовой лопасти определен теоретическим путем и подтвержден экс­ периментально с помощью скоростной киносъемки (скорость съемки порядка 3000 кадров в секунду).

В зоне отбрасывания (рис. 8) частица движется по ло­ пасти под действием собственной массы, центробежной и кориолисовой сил инерции и сил трения. Относительно ра-

20

Рис. 8. Схема действия сил в зоне отбрасывания частицы винтовой лопастью

21

диальное перемещение частицы описывается однородным,- линейным дифференциальным уравнением второго порядка с правой частью

что частицы в процессе разгрузки расходятся. Кроме того, сопоставление данных скоростной киносъемки потока частиц, на сходе с лопасти и результатов расчета относительной скорости частиц в зависимости от угла разгрузки позволяют рассматривать движение массы снега по лопасти как движе­ ние не связанных между собой частиц.

Начальный угол движения при нижнем выбросе не влия­ ет существенно на определение действительного утла раз­

где уос — скорость движения частицы в осевом направлении

г»ос = г (2 —ш) tga;

Упер — переносная вращательная скорость движения ча­ стицы.

22

Рис. 9. Кинематика процесса внедрения лопасти в забой:

1—16— положение отдельно взятой точки лопасти для каждой из четырех лопастей (1—4); рс —угол между направлениями абсолютной vа и окружной v0Kp скорости

точки лопасти

Отсюда

В каждый момент времени движения лопасти, внедрив­ шейся в забой за счет поступательного перемещения маши­ ны, можно представить в виде положенного на бок клина, перемещаемого по касательной к направлению вращения ло­ пасти. При движении лопасти-клина первоначально происхо­ дит уплотнение сжимаемого пласта снега, а затем сдвиг по плоскостям наибольших касательных напряжений. Дефор­ мированный пласт под напором вновь поступающего снега перемещается по рабочей поверхности клина (рис. 10).

На основании уравнения Кулона, учитывающего каса­ тельные и нормальные напряжения в материале, В. П. Го-

24

рячкиным, а затем А. Н. Зелениным было получено выра­ жение для определения усилия перемещения клина в забое. Однако это выражение пригодно при условии, что коэффи­ циент сопротивления резанию — сдвигу для снега не зависит от глубины и скорости резания.

Рис. 10. Схема процесса отделения стружки снега от массива винтовок лопастью:

</Рр€3 0кр*“ элементарная окружная сила резания; ^р рСзЛ' и ^Рр>3У — составля­ ющие элементарной окружной силы резания

Согласно же данным Г. Н. Аристархова, А. Н. Павлинов» и Д. А. Шалмана, полученным при резании грунтов рота­ ционным рабочим органом, коэффициент сопротивления ре­ занию находится в гиперболической зависимости от толщи­ ны вырезаемой стружки Ьф

25

где АРеь — коэффициент, зависящий от физико-механических

многообразие его плотности и твердости. Эти свойства, свя­

2—7 м/сек и поступательной скорости машины 300—500 м!ч такие затраты являются определяющими в общем балансе потребляемой фрезой мощности, т. е. превышают затраты на придание вырезанной массе снега конечной скорости, с которой она отбрасывается к ротору.

Поскольку экспериментальное определение коэффициен­ тов сопротивления вдавливанию и резанию весьма затруд­ нительно, то целесообразно экспериментально установить значения коэффициента фрезерования с помощью элемен­ тарной лопасти для снежного забоя различной прочности в разных условиях залегания снежного покрова. Тогда мощ­ ность на фрезерование можно будет структурно представить пропорциональной этому коэффициенту и объему перерабо­ танного снега, а мощность на транспортирование вырезан­ ной из забоя массы определить из условия численного равен­

лопасти, м/сек.

26

Движение снега по лопасти ротора также можно рас­ сматривать как движение не связанных между собой частиц. Что касается влияния массы отдельных частиц материала с любым коэффициентом внешнего трения на характер движе­ ния частицы, то им можно пренебречь только при значении отношения центростремительного ускорения частицы на кон­

—является характеристическим коэффициентом мета­

теля. Рабочая длина радиальной лопасти, характеризуемая отношением внутреннего радиуса лопасти гв к наружному г, при угле разгрузки, равном 90°, для любого материала со­

ставляет от 0,40 до 0,61 при значении — > 20 и не зави­

сит от места разгрузки, т. е. верхнего или нижнего выброса,

происходит отделение материала под углом 45° к горизонту сверху или снизу ротора.

Энергоемкость ротора пропорциональна квадрату окруж­ ной скорости и зависит от физико-механических свойств -раз­

физико-механических свойств разрабатываемого снега, &Пр = 0,6-^0,35.

Коэффициент пропорциональности уменьшается с увели­ чением плотности разрабатываемого снега, что объясняет­ ся некоторым уменьшением затрат на уплотнение снега в роторе.

Обработка экспериментальных данных зависимости мощ­ ности ротора от его окружной скорости и производительно­ сти по способу наименьших квадратов * показала, что мощ­ ность привода ротора с учетом плотности снега может оп­ ределяться из выражения

* Обработка произведена инж. Е. Ф. Зайцевым.

27

Механика поведения снежных частиц, компонующих снежный поток в роторе, весьма сложна. Исследования снежной струи на выходе из ротора показывают, что части­ цы значительно рассеиваются и приобретают различные ско­ рости по высоте струн. Большую скорость приобретают час­ тицы, находящиеся ближе к середине струи, меньшую — расположенные в верхней части потока. Нижние частицы имеют минимальную скорость. Поэтому дальность отбрасы­ вания принято характеризовать средним значением расстоя­ ния от оси машины до центра тяжести переброшенной массы. Рассеивание материала зависит также от профиля лопасти, причем при прямолинейном в радиальном направлении про­ филе лопасти рассеивание уменьшается от положительного наклона лопасти до отрицательного. Рассеивание материала характеризуется углом наклона абсолютной скорости схода частиц с лопасти к горизонту. Здесь под положительным наклоном лопасти к радиусу понимается такое положение лопасти, при котором ее наружный конец по отношению к внутреннему обращен в сторону вращения ротора.

Дальность отбрасывания снежной струи определяется окружной скоростью ротора, формой и расположением его лопастей, производительностью снегоочистителя и физико­ механическими свойствами снега. Полет снежной струп нельзя отождествлять с полетом единичного твердого тела. Сопротивление полету снежной струи пропорционально абсо­ лютной скорости полета, принятой равной окружной скоро­ сти ротора в степени, близкой ко второй, и зависит от про­ изводительности снегоочистителя, иными словами, от насы­ щенности снежной струи. Под коэффициентом насыщенно­ сти снежной струи понимается отношение весовой произво­ дительности к окружной скорости ротора.

В результате теоретического и экспериментального иссле­ дований установлено, что дальность отбрасывания основной массы снега возрастает с увеличением объемной массы раз­ рабатываемого снега. Теоретические исследования влияния угла наклона направляющего патрубка к горизонту показа­ ли, что наибольшая дальность отбрасывания снега дости­ гается при угле наклона около 40°. Угол наклона направля­ ющего патрубка зависит от коэффициента насыщенности снежной струи и от физико-механических свойств разраба­ тываемого снега.

Приближенно значение дальности отбрасывания можно определить из выражения

28

двигатель начинает сильно дымить. Для сохранения моторе­ сурса дизеля следует ограничивать подачу топлива, не до­ пуская уменьшения коэффициента избытка воздуха ниже 1,2. Регулируя топливоподачу, можно обеспечить нормаль­ ную работу дизеля в горных и северных условиях за счет некоторого снижения его эффективной мощности. По данным зарубежных исследований, падение мощности у дизеля с турбонаддувом значительно меньше, чем без наддува. По­ этому в горных и северных условиях целесообразно приме­

ких каменистых включений, роторы следует выполнять дис­ ковыми с лопастями криволинейного (по глубине ротора) профиля повышенной прочности. Как показала практика,

разработке плотного и смерзшегося снега ленты фрезы надо крепить к дискам, выполняющим также функции резания. У оси ротора диск может быть прямым, а с боков — кони­ ческим.

Число заходов фрезы рационально принимать равным четырем. Ширина ленты не должна превышать 120 мм при толщине 8—10 мм. Режущие элементы фрезы следует вы­ полнять из качественной легированной стали с повышенны­ ми упругими свойствами.

Важным элементом фрезерного питателя является пре­ дохранительное устройство, позволяющее нормально рабо­ тать на снеге с каменистыми и другими включениями. В ка­ честве предохранительного устройства успешно могут при­ меняться пневмошинные муфты типа ШПМ производства Ленинградского шинного завода, выполняющие роль муфты предельного момента.

Для обеспечения маневренности машины боковые по­ верхности фрезы должны активно разрабатывать забой,

29