Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,685

MODERNIZATION OF BUCKET FRONT LOADERS FOR SNOW REMOVAL

Konev V.V. 1 Merdanov Sh.M. 1 Shevelev A.S. 1
1 Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Tyumen State Oil and Gas University»
In the article the question of improving the quality of the content of the urban areas of snow. Based on the analysis of structures used snowplows, including their working bodies, as well as the analysis of patents it is determined that one of the main machines are wheel loaders.This explains the diversity of their designs, working bodies, the establishment and improvement of these machines by many well-known international manufacturers. The workflow includes operations shoveling snow from the road surface to the mound and loading a truck in the back of the mound or in a place of gathering snow. In order to improve the efficiency of these machines a cost-effective approach is to upgrade the bucket. We study the structure of the bucket with the possibility of increasing its width when shoveling snow from the surface of the coating with the snow removal. For example, front-end loader «Amkodor 333» increase in the width of shoveling snow from the road surface will be more than 40?%. Increasing the width of the cleaned snow from the surface to reduce the number of passes of the truck and, therefore, reduce the cost and time-to-work.
bucket
actuator loader
loader
snow removal
modernization of bucket
1. Balovnev V.I. Dorozhno-stroitelnye mashiny s rabochimi organami intensificirujushhego dejstvija. M.: Mashinostroenie, 1981. 223 р.
2. Gar V. Frontalnye pogruzchiki: bolshe i luchshe // Osnovnye Sredstva no. 9/2003. URL: os1.ru/article/pto/2003_ 09_A_2005_02_17-13_53_21.
3. Zasov I.A., Romanjuk G.D., Butovchenko M.G. Mashiny dlja remonta i uborki gorodskih dorog. Spravochnik. M.: Strojizdat, 1988. 176 р.
4. Konev V.V. Otval dlja uborki snega. Patent no. 2465393 E01H5/06, zajavitel i patentoobladatel Tjumenskij gosudarstvennyj neftegazovyj universitet.
5. Minin V.V. Koncepcija povyshenija jeffektivnosti universalnyh malogabaritnyh pogruzchikov / V.V. Minin. Krasnojarsk: Sib. feder. un-t, 2012. 304 р.
6. Merdanov Sh.M., Konev V.V., Polovnikov E.V., Merdanov M.Sh. Razdvizhnoj otval snegouborochnoj mashiny Patent no. 152034 E01H5/06, zajavitel i patentoobladatel Tjumenskij gosudarstvennyj neftegazovyj universitet.
7. Merdanov Sh.M., Konev V.V., Balin A.V. Issledovanie konstrukcij otvalov snegouborochnyh mashin // Inzhenernyj vestnik Dona. 2015. no. 2; URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2945.
8. Metodicheskie rekomendacii po zashhite i ochistke avtomobilnyh dorog ot snega (Izdan na osnovanii Rasporjazhenija Federalnogo dorozhnogo agentstva ot 01.02.08 N 44-R).
9. Obzor rynka odnokovshovyh kolesnyh pogruzchikov URL: mining-media.ru/ru/article/transport/1044-obzor-rynka-odnokovshovykh-kolesnykh-pogruzchikov: Zhurnal «Gornaja Promyshlennost». 2006. no. 6.
10. Saarelainen S., Kivikoski H. Preventing snow accumulation on road pavement // X-th PIARC International Winter Road Congress, 1998, Lutea, Sweden, рр. 235–240.

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.

kon1.tif

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.

kon3.tif

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.

kon2.tif

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.

kon4.tif

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.

kon5.tif

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.