Содержание дорог, площадей, внутридворовых территорий в зимний период времени для северных регионов России является трудоемким и затратным процессом. Это связано с интенсивностью снегопадов, их продолжительностью, количеством выпавшего снега, а также температурой окружающего воздуха, ветрами и их резкими изменениями. Это представляет серьезные препятствия для бесперебойного и безаварийного движения транспортных средств и пешеходов. Поэтому территории города приходится систематически очищать от снега. Для этих целей применяют снегопогрузчики, распределители, шнекороторные, плужные, плужно-щеточные снегоочистители [3, 8, 10].
Анализ условий выполнения работ по содержанию территорий города в зимний период показал, что используется большой парк различной техники. Одними из основных машин, используемых при уборке снега, как в России, так и за рубежом являются фронтальные погрузчики. Это объясняется их высокой универсальностью, технологичностью, мобильностью, маневренностью при проведении работ и высокими показателями энергоэффективности [2, 5].
Обзор производителей погрузчиков показывает, что основными являются: Case, New Holland, John Deere, Terex, Caterpillar (США); Mitsuber, Paus (Германия); Chengdu Engineering Machinery, Shandong SEM Machinery, Foton, LongGong, SDLG, Changlin (Китай); Hyundai, Doosan Mega (Корея); Hitachi, Kawasaki, Komatsu, Kobelco (Япония); JCB (Великобритания); Volvo (Швеция); Амкодор, МоАЗ (Респуублика Беларусь); Харьковский тракторный завод (Украина); Челябинский тракторный завод, Дормаш, ЧСДМ, ЧТЗ, ПК (Россия) [2, 9].
Статистические данные объемов производства погрузчиков показывают, что отечественными предприятиями не в полной мере удовлетворяется спрос на этот вид техники, что особенно было заметно в последние 10 лет. Наметилась устойчивая тенденция роста количества погрузчиков китайского производства.
В условиях конкуренции предприятия- производители погрузчиков объединяются, это позволяет совместными усилиями нескольких предприятий вытеснять с рынка основных конкурентов. Этот путь используют китайские производители. В результате ежегодных рейтингов они вошли в десятку мировых лидеров по производству погрузчиков.
В современных условиях экономической ситуации в России возникла необходимость развития отечественного производства машин. При разработке и совершенствовании машин необходимо учитывать требования эксплуатирующих предприятий, которые зависят от условий эксплуатации погрузчиков.
Для обеспечения большей функциональности погрузчиков при уборке снега с дорог они комплектуются сменным навесным оборудованием: ковши различной вместимости; отвал для снега; снегометатель, щетка. При этом основным видом рабочего органа фронтального погрузчика при проведении снегоуборочных работ является ковш. Погрузочное оборудование выполнено в виде Z-образной схемы. Это позволяет повысить наполняемость ковша, значительно увеличить углы разгрузки и запрокидывания ковша, а также достигать максимальных усилий на рабочем органе погрузчика.
Одноковшовые погрузчики являются машинами циклического действия, т.е. операции: заполнение ковша и подъем его в транспортное положение, передвижение к месту разгрузки, подъем ковша в положение разгрузки, поворот и разгрузка ковша, опускание ковша в транспортное положение и передвижение к месту загрузки – выполняются последовательно. Рабочий процесс содержит операции по сгребанию снега с поверхности дороги в насыпь и погрузку с насыпи в кузов самосвала или в места снеговалки.
Повышение производительности машин достигается за счет уменьшения времени цикла, повышения скорости работы. Эти характеристики изменить сложно, так как они уже заложены заводом-изготовителем, и максимальные возможности погрузчика могут достигаться в том числе, за счет мастерства машиниста при управлении рабочими процессами машины.
При работе фронтального погрузчика – сгребании снега с дороги (рис. 1) – возникает необходимость увеличения ширины захвата с очищаемой поверхности дороги. Это позволяет повысить производительность и уменьшить количество проходов.
Рис. 1. Работа фронтального погрузчика при сгребании снега
Одним из перспективных направлений решения указанной задачи является изменение конструкции рабочего органа [1, 7]. Так увеличение ширины уборки снега с дороги фронтальным погрузчиком достигается за счет:
– использования ковша большей емкости;
– использования сменного рабочего органа – отвала;
– установки на ковш дополнительно отвала;
– модернизации штатной конструкции ковша.
В конструкциях ковша разработчиками предлагаются различные усовершенствования. Этому в подтверждение проведенный анализ конструкций и патентов.
Промышленностью изготавливается универсальный рабочий орган для погрузчика, который для выполнения погрузочных работ представляет ковш (в закрытом состоянии), а при подъеме гидроцилиндра нижней и боковых частей ковша задняя его стенка (в раскрытом состоянии) образует отвал для очистки поверхности дороги от снега.
Несмотря на универсальность данного рабочего органа снижается производительность снегоуборочной машины и повышается металлоёмкость конструкции.
В конструкции (рис. 2) предлагается на ковш погрузчика 4 устанавливать отвал 1, который жестко соединен с зажимом 2. Удерживание отвала на ковше осуществляется зажимом 2, установленном на ноже ковша, и тягой 3, одним концом прикрепленной к зажиму 2, а вторым к ковшу 4. Несмотря на основное преимущество – универсальность рабочего органа, главный недостаток в большой металлоёмкости конструкции, использовании ручного труда для монтажа-демонтажа.
В разработке [4, 6, 7] для увеличения ширины убираемой поверхности от снега на отвал устанавливаются уширители (открылки) (рис. 3). Данные открылки поднимаются и отпускаются, управление осуществляется гидроцилиндром.
Рис. 3. Рабочее положение отвала: III – нижнее положение открылка; IV – верхнее положение открылка
Перевод отвала 1 с открылком 2 вокруг направляющей 3 из транспортного положения в рабочее осуществляется в следующей последовательности. Вынимается палец 4 из уха 10. Далее устанавливается палец 4 в проушину уха 11 отвала 1. При этом необходимо обеспечить одну центральную ось проушин уха 8 и 9 у открылка 2.
Рабочее положение (управление открылком) представлено на рис. 2. Подъем-опускание открылка 2 осуществляется гидроцилиндром 5. При этом шток 6 гидроцилиндра соединен с кронштейном 7 открылка 2. Перемещение по вертикали открылка 2 осуществляется по направляющей 3 и пальцу 4.
Рис. 2. Ковш погрузчика с отвалом: 1 – отвал, 2 – зажим, 3 – тяга, 4 – ковш
Данный отвал можно установить на погрузчик, но это потребует дополнительного времени и труда.
Анализ конструкций позволяет сделать вывод, что совершенствование снегоуборочных машин осуществляется в направлении использования гидрообьемных трансмиссий и модернизации рабочих органов.
В соответствии с проведенным анализом принято решение осуществить модернизацию ковша рабочего органа погрузчика на примере погрузчика «Амкодор 333» путем повышения подвижности боковин ковша (рис. 4). В задачу модернизации входило разработать конструкцию ковша, которая позволяет счищать снег с автомобильных дорог, площадей, тротуаров быстрее за счет увеличения ширины воздействия ковша на убираемую поверхность. Это достигается за счет поворотных боковин ковша, которые разворачиваются при очистке снега с поверхности дороги.
Рис. 4. Конструкция ковша рабочего органа погрузчика на примере «Амкодор 333»: 1 – ковш, 2 – поворотная боковина ковша, 3 – сегмент, 4 – направляющая, 5 – ухо ковша и боковины, 6 – ухо боковины и гидроцилиндра, 7 – гидроцилиндр
Модернизация предполагает дополнение существующей гидросистемы гидроцилиндром для поворота боковин ковша.
Ковш 1 содержит дополнительно два металлических сегмента 3, которые приварены перпендикулярно к боковинам ковша 2. Сегменты перемещаются по направляющим 4, установленным на ковше. Перемещение сегментов осуществляется гидроприводом под действием гидроцилиндра 7 на каждый сегмент.
Для работы ковша 1 на погрузочно-разгрузочных работах боковины 2 ковша закрываются гидроцилиндрами 7. Чертеж боковины 2 модернизированного ковша погрузчика представлен на рис. 5.
Рис. 5. Боковины модернизированного ковша погрузчика
Увеличение ширины ковша позволяет повысить производительность фронтального погрузчика. На примере погрузчика «Амкодор 333» увеличение ширины сгребания снега с дорожной поверхности (рис. 2) составит
3720/2500х100 % – 100 % = 48,8 %.
Таким образом, использование предлагаемой модернизации ковша фронтального погрузчика позволяет уменьшить количество проходов машины, а следовательно, снизить затраты на уборку снега с автомобильных дорог.
Дальнейшее исследование предполагает определение оптимальных значений факторов, влияющих на сопротивление уборке снега с дороги и их учет при разработке рабочего органа погрузчика.