Delist.ru

Исследование рационального выбора машин и орудий для многофункциональной коммунальной машины (16.03.2009)

Автор: Тагиева Наталья Константиновна

Анализ тяговых режимов работы многофункциональной коммунальной машины выполнен нами с учетом сопротивлений, возникающих на рабочих органах для каждого типа сменного навесного и прицепного оборудования при различных условиях работы (климат и рельеф), формулы, для расчета которых, установлены разными авторами: Баловнев В. И., Буковец О. И., Вальщиков Ю. Н., Ермилов А. Б., Зеленин А. Н., Скворцов Л. А., Сорокин П. И., Хоминич В. В. и др.

Очевидно, что машина с конкретным типом оборудования большую часть времени будет работать при условиях, которые будут находиться в области среднего значении тяги и скорости. Предполагается, что плотность распределения вероятности величины тяги ( T ) и скорости ( V ) движения при работе машины с конкретным типом оборудования имеет нормальный закон распределения. Режимы работы трансмиссии многофункциональной коммунальной машины с конкретным типом рабочего оборудования отражает нормальный закон распределения, рис 2.

Из анализа скоростных и тяговых режимов работы специального шасси, представленных в виде гистограмм плотности распределения необходимой скорости и возможных сопротивлений на рабочем органе, стало возможным получить формулу для расчета режима работы многофункциональной коммунальной машины с i-тым типом сменного рабочего оборудования в виде функционала, имеющего форму эллипса:

где: Vi – скорость машины при работе с i-тым типом оборудования;

Тi – тяга машины, необходимая при работе с i-тым типом оборудования.

Рис. 2. Схема, поясняющая изменение основных параметров работы машины с i-тым типом оборудования

Из анализа скоростных и тяговых режимов работы специального шасси, представленных в виде гистограмм плотности распределения необходимой скорости и возможных сопротивлений на рабочем органе, стало возможным получить формулу для расчета режима работы многофункциональной коммунальной машины с i-тым типом сменного рабочего оборудования в виде функционала, имеющего форму эллипса:

где: Vi – скорость машины при работе с i-тым типом оборудования;

Тi – тяга машины, необходимая при работе с i-тым типом оборудования.

При этом скорость Vi находится в пределах от Vmin до Vmax , а тяга Тi изменяется от Тmin до Тmax.

Установленная зависимость позволит определить границы режима работы машины с каждым типом оборудования и выявить тягово-скоростную характеристику специального шасси, обеспечение которой будет говорить об эффективности работы коммунальной техники. Эта характеристика имеет вид гиперболы (рис 3), поэтому ее математическое выражение примет вид:

Полученная математическая модель работы многофункциональной коммунальной машины показывает, что в процессе ее работы неизбежно непрерывное изменение мощности двигателя. Математическая модель работы многофункциональной коммунальной машины создана для условий уборки городских территорий для машины полной массой 8200 кг. Суммарный коэффициент сопротивления движению в расчетах принят в зависимости от условий работы с выбранным типом навесного рабочего оборудования.

Защищаемое положение. Разработан инженерный метод расчета на основе математической модели работы многофункциональной коммунальной машины, позволяющий определить границы режима работы машины для всех типов сменного навесного и прицепного оборудования и выявить необходимую тягово-скоростную характеристику специального шасси, обеспечение которой отражает эффективность работы универсальной коммунальной машины.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и расчеты, подтверждающие достоверность математической модели и эффективность ее использования при подборе шасси машин и сменного оборудования. Для этого рассмотрены шасси с гидравлическими и механическими трансмиссиями.

В ЗАО “ВНИИстройдормаш” создана универсальная дорожно-строительная машина МДКУ (машина дорожно-коммунальная уборочная) в двух вариантах с гидродинамической (МДКУ-07) и гидрообъемной (МДКУ-07Б) трансмиссией. Основное отличие этих машин заключается в характере их привода. Отличительная особенность гидродинамической трансмиссии: двигатель, гидротрансформатор, фрикционная коробка переключения передач, в гидрообъемной трансмиссии: двигатель, насос, гидромотора, редуктора хода – остальные механизмы абсолютно одинаковые.

Рис. 3. Идеальная тягово-скоростная характеристика универсальной коммунальной машины

Экспериментальные исследования многофункциональной машины для коммунального хозяйства со всеми типами навесного и прицепного рабочего оборудования весьма дорогостоящие и связаны с трудностью воспроизводства рабочих циклов, поскольку число факторов, определяющих режимы работы машины, велико и многие из них трудно точно оценить.

По результатам экспертного исследования одним из наиболее распространенных является оборудование снежного плуга. Нами осуществлены натурные исследования двух экспериментальных образцов специальных шасси универсальной коммунальной машины МДКУ, один – с гидродинамической трансмиссией, другой – с гидрообъемной. Результаты эксперимента, рис. 4, говорят о том, что математическая модель режимов работы снежного плуга соответствует действительности, так как результаты экспериментов находятся в области математической модели. Кроме того, эксперимент подтвердил, что возможность совмещения тягово-скоростных характеристик математической модели и реальной характеристики машины. По результатам экспериментальных исследований можно рекомендовать производить специальное шасси с гидрообъемной трансмиссией, рис 4, б.

Для оценки эффективности трансмиссий при работе с каждым типом навесного и прицепного оборудования необходимо совместить тягово-скоростную характеристику рассматриваемой машины с математической моделью. При этом необходимо ввести показатель эффективности трансмиссии, который позволит численно оценить работу рассматриваемой трансмиссии с каждым типом оборудования из перечня:

где: Sоб – область работы оборудования, находящаяся в реальной тягово-скоростной характеристике машины; S100 – область работы оборудования, соответствующая всей области его математической модели.

Из рис. 5 видно, что для всего перечня оборудования наиболее эффективна гидрообъемная трансмиссия.

; где:

GМДКУ – вес машины, для которой составлена характеристика; Gмашины – вес рассматриваемой машины.

Рис. 4. Сравнение результатов эксперимента с теоретическими значениями тягово-скоростной характеристики для: а) – гидрообъемной трансмиссии; б) – гидродинамической трансмиссии

Рис. 5. Совмещение тягово-скоростных характеристик гидравлических трансмиссий и математической модели: а) – гидрообъемная трансмиссия;

б) – гидродинамическая трансмиссия

Рис. 6. Совмещение тягово-скоростных характеристик механических трансмиссий и математической модели: а) – трактор; б) – автомобиль

Полученный коэффициент совмещения справедлив для значений тяги, скоростные диапазоны работы оборудования остаются в прежних пределах.

При построении тягово-скоростной характеристики серийных автомобилей необходимо учесть, что они не обеспечивают устойчивую работу на малых скоростях, что отражено на рис 6, б в виде заштрихованной области. Оборудование, попавшее в эту область тягово-скоростной характеристики, не будет выполнять своих функций. В результате анализа рассмотренных трансмиссий по показателю эффективности видно, что гидрообъемная трансмиссия обеспечивает работу всего рационального перечня рабочего оборудования на 99 %, гидродинамическая – на 93 %, механическая трансмиссия трактора общего назначения – на 70 % и серийного автомобиля – на 62 %.

Защищаемое положение. Шасси грузовых автомобилей и тракторов не соответствуют параметрам коммунальной техники. Шасси грузовых автомобилей созданы для перевозки грузов, а шасси тракторов разработаны для тяжелых грунтов, а не передвижения по асфальту. Серийные автомобильные и тракторные шасси требуют существенной доработки для улучшения степени соответствия этих машин нуждам дорожно-коммунальных служб, что повышает цену шасси и не всегда оправдано.

Основные результаты и выводы

Разработана методика проведения экспертного исследования для установления рационального состава комплекта оборудования универсальной коммунальной машины. По результатам эвристического исследования установлен рациональный состав комплекта оборудования универсальной коммунальной машины из 16 типов: фрезерно-роторное оборудование, оборудование снежного плуга, скоростной отвал, цилиндрическая, коническая и боковая щетка, элеваторная загрузка снега, оборудование самосвала и погрузчика, оборудование моечное и пылесоса, оборудование для монтажа / демонтажа столбиков, бульдозерный отвал, транспортировка мусора. Установленный рациональный состав оборудования, позволяет эксплуатировать универсальную коммунальную машину непрерывно в течение всего года на Средней полосе России.

Разработана схема организации работ по зимнему и летнему содержанию территорий города Средней полосы России. При согласованной организации работ семи специальных шасси (маневренных и скоростных) с быстросменным навесным и прицепным оборудованием позволит заменить применяемый в настоящее время парк машин-аналогов, состоящий из 24 машин и 11 наименований специализированных снегоочистителей, разбрасывателей, погрузчиков и другой техники.

Разработана методика выбора рациональных тягово-скоростных режимов работы многофункциональной коммунальной машины с комплектом сменного рабочего оборудования. Она позволит осуществлять рациональный выбор специального шасси и оборудования для многофункциональной коммунальной машины. Выявлены характерные параметры рабочего оборудования, используемого на многофункциональной коммунальной машине в течение года.

Осуществлена опытная апробация математической модели – зависимости, которая позволяет определять границы режима работы машины с каждым типом оборудования и выявить рациональную тягово-скоростную характеристику специального шасси, обеспечение которой будет говорить об эффективности работы универсальной коммунальной машины.

Специальные шасси для коммунального хозяйства наиболее эффективно производить с гидрообъемной трансмиссией. Эффективность такой машины обусловлена тем, что такая трансмиссия может производить коммунальные работы с любым из рассматриваемого рационального перечня оборудования, выявленного в результате эвристического исследования, во всех возможных условиях эксплуатации средней полосы России.

Существующие автомобильные и тракторные шасси, используемые на коммунальных рабоах, требуют существенной доработки для улучшения степени соответствия этих машин нуждам дорожно-коммунальных служб. Анализ показал, что необходима установка ходоуменьшителя (демультипликатор), усиление рессор, установка дополнительные средства для предохранения трансмиссии от перегрузок на малых скоростях движения, установка гидросистему обеспечения привода рабочего оборудования и для управления им, устройство в кабине системы управления всеми дополнительными узлами, агрегатами и оборудованием. Такая доработка требует капитальных вложений, что значительно повышает цену шасси. По результатам исследований можно рекомендовать производить специальное шасси для коммунального хозяйства с гидрообъемной трансмиссией.

Могут быть даны рекомендации:

Экспертное исследование для установления рационального комплекта сменного навесного и прицепного оборудования можно рекомендовать для выявления наиболее необходимых типов рабочего оборудования в климатических условиях крайнего севера и юга России.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры строительных и дорожных машин МАДИ, и необходимо распространить на другие ВУЗы.

загрузка...