Содержание дорог, площадей, тротуаров в зимнее время для северных регионов России является актуальной задачей, т.к. от эффективности проведения снегоуборочных работ зависит бесперебойное и безаварийное движение транспортных средств и пешеходов [1, 2, 10]. На качество содержания дорог влияет интенсивность снегопадов, их продолжительность, перепад температур [5], а также воздействие ветра. Для систематического обслуживания автомобильных дорог и оперативного реагирования используется различный парк снегоуборочной техники: снегопогрузчики, распределители, шнекороторные, плужные, плужно-щеточные снегоочистители. Для повышения качества уборки снега при использовании снегоуборочной техники используются различные схемы очистки дорог от снега (рис.1) [3, 11, 12].
Анализ технологических схем уборки снега показывает, что в городских условиях направление движения снегоуборочных машин и перемещение снега машинами (от одной обочины к другой, от обочин к центру дороги) следует определять в зависимости от направления ветра. Также следует учитывать количество полос и интенсивность движения по обслуживаемым автомобильным дорогам. Это позволяет эффективно осуществить расстановку комплекта снегоуборочной техники с минимумом создаваемых помех для участников дорожного движения [9].
аб в
г д е
Рис. 1. Схемы очистки снега с дорог: а – от правой обочины к левой обочине с учетом направления ветра; б – патрульная очистка многополосной дороги; в – часть в направлении оси, часть в направлении обочин; г – от оси к обочинам; д – при помощи автогрейдера; е – использование отвала с открылком;1, 2, 3 – направление соответственно движение снегоуборочных машин; перемещению снега; направлению ветра; 4 – роторный снегоочиститель; 5 – автогрейдер; 6 – снегопогрузчик лаповый; 7 – самосвал
Одним из недостатков используемых схем, реализуемых при уборке снега с автомобильных дорог машинами, является создание помех для транспортных средств, т.е. необходимо использование схемы, в которой снегоуборочные машины занимали не две, три полосы, а одну полосу, на которой бы проводилось смещение снега с дорожной поверхности и его погрузка с последующим вывозом.
В соответствии с этим поставлена цель работы – повышение эффективности уборки снега с автомобильных дорог с минимумом ширины, занимаемой комплектом машин.
Анализ схем и машин, используемых при снегоочистке, показал, что основными машинами являются плужные снегоочистители. Это связано с простотой их конструкции и эксплуатации. При этом в работе снегоуборочных машин используются различные схемы очистки дорог от снега и не реализуется схема, в которой одна снегоуборочная машина осуществляет перемещение снега со сторон в центр оси передвижения машины.
В соответствии с этим проведем анализ существующих конструкций отвалов. Основными производителями снегоуборочного оборудования являются: Россия (Ростсельмаш, АЗАС, Борисовский завод грунторезной техники, Михневский ремонтно-механический завод, Арзамасский завод коммунального машиностроения), Белоруссия (Сальсксельмаш), Словакия (SBV), Германия (SCHMIDT), Канада (Sicard и Sno-go), США (TowPlow), Финляндия (Arctic Machine On, Stark, FMG), Норвегия (Tellefsdal AS), Китай (Changzhou Dongfeng Agricultural Machinery Group Co., Ltd.), Чехия (Agrometall ORM), Италия (Cangini). Производители снегоуборочной техники выпускают скоростные отвалы, отвалы в форме «крылья бабочки», U- и V-образные отвалы, клиновые отвалы, многосекционные отвалы, отвалы с дополнительными боковыми крыльями. Проанализированные конструкции отвалов не реализуют рассматриваемую схему уборки снега. Для этого проведем анализ патентов.
Для патрульной уборки снега и выполнения работ под дорожным ограждением предлагается отвал (рис.2), в котором поворотные открылки5 предназначены для очистки снега под дорожным ограждением, а для уширения отвала с одинаковой общей высотой выдвигаются открылки4, установленные с левой и правой сторон отвала1. Управлению выдвижными открылками отвала осуществляется гидроцилиндрами.
В разработке для уменьшения количества машин, используемых при уборке снега с дороги и бордюра, находящихся на разном уровне по высоте, а также для увеличения ширины убираемого от снега с поверхности на отвал устанавливаются уширители (открылки) [4, 8]. Данные открылки поднимаются и опускаются приводом гидроцилиндров. 3D модель модернизированного отвала представлена на рис.3.
Также ранее разрабатывалась конструкция отвала снегоуборочной машины, содержащая основной отвал и дополнительный отвал. Втранспортном положении дополнительный отвал находится над основным. Для уборки снега с бордюров дополнительный отвал при помощи гидроцилиндров поднимается вверх и отводится в сторону. При этом для обеспечения жесткости конструкции рама дополнительного отвала имеет тягу, а также в крайнем рабочем положении устанавливается в упор.
Возможны различные варианты установки дополнительного отвала:
–два дополнительных отвала (левый и правый), для сбрасывания снега к основному отвалу;
–два дополнительных отвала для уширения основного отвала (бульдозерование снега), требуется мощный тягач;
–два дополнительных отвала для уширения основного отвала, при этом снег отводится в стороны, дополнительные отвалы повернуты;
–два дополнительных отвала для уширения основного отвала повернуты в одну сторону для снижения сопротивления перемещению снега в одну сторону.
Выбор расположения дополнительных отвалов осуществляется в зависимости от городских условий уборки снега.
Основными недостатками конструкций являются снижение устойчивости машин и низкая прочность конструкций отвалов.
Этот недостаток устраняется в разработке [6]. Конструкция раздвижного отвала, на примере базового автомобиля КАМАЗ (рис.4), состоит из левой и правой частей, управляемых гидроцилиндрами. Это позволяет при поворачивании их в плане увеличивать ширину и тем самым повысить производительность при выполнении снегоуборочных работ.
При этом данная конструкция смещает снег в обе стороны (влево и вправо). Это затрудняет его погрузку в самосвалы. Также использование конструкции возможно только в случае, когда средняя часть поверхности дороги уже очищена от снега.
На основе проведенного анализа конструкций плужных рабочих органов представлена общая схема развития конструкций отвалов в рамках решаемой задачи (рис.5).
Рис. 2. Рабочий орган снегоуборочной машины:1 – отвал; 2 – рама поворотная; 3 – гидроцилиндр; 4 – выдвижной открылок; 5 – поворотный открылок; 6 – рама неповоротная
Рис. 3. 3D модель модернизированного отвала
Рис. 4. Раздвижной отвал на базе автомобиля КАМАЗ
Рис. 5. Схема развития конструкций отвалов снегоуборочных машин
Основным направлением развития отвалов снегоуборочных машин является повышение их подвижности и разделение отвала на элементы [6, 7].
Дальнейшее исследование предполагает разработку конструкции сдвоенного отвала, оценку устойчивости машины, определение эффективности разработки и внедрения результатов НИР в производство. При разработке новой конструкции отвала и обосновании базовой машины следует учитывать ширину очищаемой дорожной поверхности от снега и свойства снега. Это будет влиять на значения технико-экономических показателей снегоуборочной машины.