Обоснование рабочих параметров снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Егоров, Андрей Леонидович

• Егоров, Андрей Леонидович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Егоров, Андрей Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Зимнее содержание автомобильных дорог.

1.2. Анализ и классификация снегоуплотняющих машин.

1.3. Тенденции развития снегоуплотняющих машин.

1.4. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

СНЕГА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО УПЛОТНЕНИЯ.

2.1. Структура снега и его свойства.

2.2. Определение плотности снега вывозимого на автосамосвалах.

2.3. Определение рациональности использования грузоподъемности автомобилей при вывозе снега.

2.4. Физические процессы, протекающие при уплотнении снега.

2.5. Определение основных факторов, влияющих на эффективность уплотнения снега.

2.6. Описание процесса уплотнения снега.

Выводы ко 2 главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1. Общая методика исследования.

3.2. Проведение экспериментальных исследований уплотнения снега.

3.3. Определение геометрических параметров снежных блоков при их транспортировке.

3.4. Влияние прикладываемой нагрузки на изменения конечной плотности при брикетировании снега в замкнутом объеме.

3.5 Выявление закономерности изменения энергозатрат на изготовление блоков различных размеров.

3.6. Определение рациональной плотности снежных блоков для их транспортировки.

3.14. Проверка адекватности математической модели влияния прикладываемой нагрузки на изменения конечной плотности, при брикетировании снега в замкнутом объеме.

Выводы по 3 главе.

ГЛАВА 4. ПУТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Реализация результатов исследования.

4.2. Методика расчета и выбора параметров снегоуборочной машины.

4.3. Расчет экономической эффективности применения снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рабочих параметров снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом»

Актуальность проблемы. В связи с интенсивным ростом городов и резким увеличением числа автомобилей, становится все более значима проблема зимнего содержания городских автомобильных дорог.

Стоимость процесса уборки снега возрастает с каждым годом. Это связано с тем, что возрастают требования, предъявляемые к дорожному полотну автомобильных дорог, уменьшается время, отведенное на уборку, большое количество автомобилей затрудняет работу снегоочистительной техники, особенно в центральных и исторических районах городов. Как показали исследования транспортные расходы составляют 83% общей стоимости уборки снега, а расстояния до снегосвалок и снеготаялок постоянно увеличиваются, так как предъявляемые к ним экологические требования все дальше отодвигают их от населенных пунктов.

Одним из наиболее рациональных методов снижения стоимости зимнего содержания дорог является уплотнение снега в процессе его погрузки. Это позволяет резко уменьшить затраты, за счет более рационального использования автосамосвалов, следовательно уменьшения их количества.

Данное направление малоизученно и представляет большой интерес. Возникает необходимость разработки данных машин, а также расчета и выбора их параметров.

Исследования проводились при поддержке целевого гранта Губернатора Тюменской области

Цель работы заключается в снижение расходов на зимнее содержание дорог, за счет уменьшения затрат на транспортировку убранного с городских дорог снега, путем разработки универсальной снегоуборочной машины, с уплотнением снега в процессе его погрузки, и определением ее параметров.

Объект исследования - процесс уплотнения снега во время погрузки в транспортные средства.

Предмет исследования - уплотнение снега в уплотняющем устройстве снегоуборочной машины.

Методы исследований. В работе использовались следующие методы исследований: литературный поиск, патентный анализ, математическое моделирование исследуемого процесса, экспериментальные исследования, математическая статистика при обработке экспериментальных исследований. Теоретические исследования проводились с помощью стандартных пакетов программ Mathcad2000, Excel, Regress, Maple 8.

Научная новизна работы.

Разработана математическая модель процесса уплотнения (брикетирования) снега в рабочем органе (в замкнутом объеме).

Выявлена закономерность изменения плотности снега от уплотняющей нагрузки, при уплотнении в замкнутом объеме.

Установлена плотность обвалованного снега на проезжей части и плотность снега во время его транспортировки в кузове автосамосвала, при погрузке серийно выпускаемыми снегопогрузчиками.

Определены рациональные геометрические параметры снежных блоков для их транспортировки.

Выявлена зависимость коэффициента заполнения кузова автосамосвала от размеров уплотненных снежных блоков.

Выявлена закономерность изменения энергозатрат на изготовление блоков различных размеров.

Определена рациональная плотность снежных блоков для их транспортировки.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований разработаны оригинальные конструкции снегоуборочных машин, с возможностью уплотнения снега в процессе погрузки и разработана методика расчета и выбора параметров снегоуборочных машин, позволяющая облегчить их проектирование и эксплуатацию.

На защиту выносятся:

Методика расчета и выбора параметров снегоочистительной машины, разработанная на основе данных исследований.

Математическая модель процесса уплотнения снега в замкнутом объеме.

Публикации работы. По результатам исследования опубликовано 19 печатных работ, в том числе 2 патента РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и списка литературы из 90 наименований. Общий объем работы содержит 158 страниц, в том числе 41 рисунок, 24 таблицы и 9 приложений.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Егоров, Андрей Леонидович

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа исследований по применению уплотняющих машин в процессе уборки и вывоза снега с городских дорог установлено, что:

- необходимо дополнительно уплотнять снег перед его погрузкой в транспортное средство;

- отсутствует методика расчета и выбора параметров снегоочистительной машины с возможностью уплотнения снега в процессе погрузки, и отсутствуют конструкции подобных машин;

- отсутствуют математические зависимости процессов уплотнения снега в замкнутом объеме большими нагрузками.

2. Разработана математическая модель процесса брикетирования снега в рабочем органе. На основе данной математической модели были созданы новые зависимости, позволяющие определять такие параметры как необходимое давление для создания блоков требуемой плотности, усилия для различных рабочих органов уплотнителя. В ходе экспериментального исследования была подтверждена адекватность зависимостей * по представленной математической модели.

3. Для разработки методики расчета и выбора параметров снегоуборочной машины проведены следующие исследования:

- установлена плотность обвалованного снега на проезжей части и плотность снега во время его транспортировки в кузове автосамосвала при погрузке серийно выпускаемыми снегопогрузчиками;

- выявлена зависимость изменения коэффициента заполнения кузова автосамосвала от размеров уплотненных снежных блоков;

- определены рациональные геометрические параметры снежных блоков при их транспортировке;

- выявлена закономерность изменения энергозатрат на изготовление блоков от размера и количества блоков;

- определена рациональная плотность снежных блоков при их транспортировке.

4. Разработаны оригинальные конструкции снегоуборочных машин с уплотнением снега в процессе его погрузки, защищенные патентами Российской Федерации.

5. Разработана методика расчета и выбора параметров снегоуборочной машины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Егоров, Андрей Леонидович, 2004 год

1. Автомобили самосвалы/ Под ред. А.С. Мелик-Саркитсьянца. М.: Машиностроение, 1987. - 216 с.

2. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд., перераб. и испр. - М.: Наука, 1976. - 249 с.

3. Барахтанов Л. В. Обоснование зависимости нагрузка-осадка при вертикальной деформации снега/ Горьковский полит, ин-т, Деп. в ЦНИИТЭстроймаш № 53-сд90 (1), 1990. 16 с.

4. Вайсберг И. С., Вильдерман В. Н. О реологической модели уплотняемого снега1 ВНИИстройдормаш., Деп. в ЦНИИТЭстроймаш. 1982. - 13 с.

5. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. - 447 с.

6. Гмотинский В. Г. Проходимость зимних дорог автотранспортом. В кн.: Труды совещания по проходимости колёсных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. -М.: изд. АН СССР, 1950. с. 175-194.

7. ГОСТ 8.207-76 Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. -М.: Изд-во стандартов. 1986.

8. Грей Д.М. "Снег и техника", М., Транспорт, 1980, 600с.

9. Дроздов Е. А. и др. Климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -568 с.

10. Дьяконов В. Мар1е7: учебный курс. -СПб.: Питер, 2002. 672с.

11. Дьяконов В. Mathcad2000: учебный курс. -СПб.: Питер, 2000. 592с.

12. Евгеньев И.Е., Савин В.В. Защита природной среды при строительстве и содержании автомобильных дорог.- М.: Транспорт, 1989.- 239с.

13. Егоров А.Л. и др. Противогололедные химические материалы// Наука и практика. Диалоги нового века: Материалы конф. Ч.2.- Наб. Челны: Изд-во Камского государственного политехнического института, 2003г

14. Егоров A.JI. Снегопогрузочная машина// Новые технологии нефтегазовому региону: Материалы второй региональной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

15. Егоров А.Л. Снегоуплотняющие устройства// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Матер. Междунар. Научн.-практ. конф. Ч.2.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.

16. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М. Лабораторная установка для изготовления и исследования снежных блоков// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Материалы региональной научн.-практ. конф. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

17. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М. Сбор и утилизация снега с дорог// Проблемы безопасности дорожного движения: Материалы Первой Российско Германской конф. Т.2.- Омск: Изд-во СибАДИ, 2002.

18. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М. Утилизация снега в городских условиях// Энергосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России: Материалы международного совещания. Ч.2.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2001.

19. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г Методика расчета и выбора параметров снегоуборочной машины// Тюмень: ТюмГНГУ, 2004

20. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г Пути снижения затрат на зимнее содержание городских дорог// Материалы международной научн.техн. конф. 14-17 сентября 2004г. "Интерстроймех-2004".- Воронеж: ВГАСУ, 2004.

21. Егоров А. Л., Мерданов Ш.М., Школенко А.П. Целеполагание в задачах проектирования снегоуборочных машин// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Материалы региональной научн.-практ. конф. Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

22. Зимнее содержание автомобильных дорог / К.Г. Лефельд, X. Бартц, и др. М.: Транспорт, 1977.- 176 с.

23. Зимнее содержание автомобильных дорог / Под редакцией А.К. Дюнина. М.: Транспорт, 1983.- 197 с.

24. Золотарь И.А. "Автомобильные дороги севера", -М.: Транспорт, 1981. -247с.

25. Карнаухов Н. Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири.- М.: Недра, 1994. 351 с.

26. Карнаухов Н. Н., Мерданов Ш. М. Механизация строительства дорог из уплотнённого снега. Тюмень, 1989. - 78 с.

27. Карнаухов Н.Н., Мерданов М.Ш., Егоров А.Л. Навесное снегоуплотняющее устройство// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Матер. Межд. научн.-практ. конф. Ч.2.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.

28. Кирсанов А.А. Основы применения безразмерных величин, физическое подобие, моделирование. Липецк: ЛЭГИ. - 2000. - 132 с.

29. Климат территории нефтегазовых месторождений на полуостровах Тазовский и Ямал. Л.: Гидрометеоиздат, -1991.- 220 с.

30. Коротин Б. Людей и техники все-таки не хватает//"Аргументы и факты" в Западной Сибири.- 2001.- №48.

31. Котельников В. В. Выбор скоростных режимов уплотнения снега дорожными машинами. Дис. . канд. тех. наук: 05.05.04/ ТюмГНГУ. -Тюмень, 2000.

32. Котельников В. В., Мерданов Ш. М. Экспериментальное изучение уплотнения влажного снега// Проблемы адаптации техники к суровым условиям: Тезисы международной научно-практической конференции: -Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. С. 113-115.

33. Краткий автомобильный справочник. 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985.- 220с.

34. Краткий автомобильный справочник. 8-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1979. - 464 с.

35. Кузин Ф.А. Диссертация: Метолика написания. Правила оформления. Порядок защиты. Практическое пособие для докторантов, аспирантов и магистрантов. -М.: "Ось-89", 200.- 320с.

36. Кузнецов В.К. Содержание и текущий ремонт городских дорог. М.: Альфа-Принт. - 1998. - 315 с.

37. Математическте методы и планирование эксперимента в грунтоведении и инженерной геологии/ В.М. Кнатько, И.Е. Руднев, Е.И. Баринов. JL: Ленинградский университет, 1983. - 112 с.

38. Мерданов Ш.М. Совершенствование методов строительства и ремонта трубопроводов в условиях Крайнего Севера: Дис. . канд. тех. наук: 05.15.13/ ТюмГНГУ.-Тюмень, 1996.

39. Мерданов Ш.М. Фатуллаев Э.Ф. Влияние свойств снега на эсплуатационные характеристики строительных машин.//Сервис и техническая эксплуатация транспортах и технологических машин: Материалы научно техн. конф. Тюмень, ТюмГНГУ, 2001.

40. Мерданов Ш.М., Егоров A.JI. и др. Устройства для удаления снега с городских улиц и дорог// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Материалы региональной научн.-практ. конференции -Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

41. Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г., Егоров А.Л. Определение физико-механических свойств снега// Транспортные системы Сибири: Материалы Всероссийской научн.-техн. конф. с международным участием / Под ред. В.Н. Катаргина. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003.

42. Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г., Егоров А.Л. Проблемы эксплуатации снегоочистительной техники при создании снеголедовых дорог// Сервис, техническая эксплуатация транспортных и технологических машин: Межв. сб. науч. тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 2001.

43. Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г., Егоров А.Л. Создание многофункциональной снегоуборочной машины// Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Матер. Междунар. Научн.-практ. конф. Ч.2.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.

44. Миронов Д. CorelDRAW 11. Учебный курс. СПб.: Питер, 2003. - 448с.

45. Налимов В. В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 207с.

46. Обработка результатов наблюдений. Касандрова О.Н., Лебедев В.В., М.: Наука, 1970.

47. Основы научных исследований. Грушко ИМ., Сиденко В.М. 3-е изд., перераб. и доп. - Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1983. - 224 с.

48. Основы научных исследований. Грушко И.М., Сиденко В.М. 3-е изд., перераб. -Харьков: Высш. школа. Изд-во Харьковский ун-т, 1983.-224с.

49. Палшайтис Эвалдас JI. Проблемы служб зимнего содержания автомобильных дорог: Аналит. обзор. Вильнюс: ЛитНИИНТИ. - 1990.

50. Подольский В.П. Экологические аспекты зимнего содержания дорог. -Воронеж. 2000. 151 с.

51. Проектирование, строительство, ремонт и содержание автомобильных дорог и мостов в условиях Сибири. В.Н. Ефименко. Томск: Изд-во Томского университета 1984, 138с.

52. Растригин Л. А. Статистические методы поиска. М.: Наука, 1968. -376с.

53. Резник Л.Г. Введение в научное исследование: Учебное пособие. -Тюмень: ТюмГНГУ, 1997. 66 с

54. Ронгонен В. Э. Выбор параметров фрезерно-теплового оборудования машин для стр-ва снеголед. дорог: Красноярск, 1987. - 177 с.

55. Рябов В.К. "Методические рекомендации для борьбы с наледями на автомобильных дорогах". М.: Транспорт, 1974. - 60с.

56. Снег: Справочник Под ред. Д. М. Грея, Д. X. Мэйла; перевод с англ. / под ред. В. М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 751 с.

57. Снегопогрузочная машина и устройство для уплотнения снега: Свидетельство на полезную модель №28133/ Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов, А.Л. Егоров, Г.Г. Закирзаков, А.А. Иванов; Опубл. 10.03.2003 г. Бюл.№7. РОСПАТЕНТ

58. Снегопогрузчик К0-206А техническое описание и инструкция по эксплуатации КО-206А.00.00.000ТО.

59. Снегоуборочная машина: SU №1063910/ Р.Д. Онохин. Опубл. 30.12.1983.to

60. Снегоуборочная машина: А.С. №1366578/ В.З. Изофик, А.В. Игонов.I1. Опубл. 15.01.1988.

61. Снегоуборочная машина: А.С. № 1366578/ В.З. Иофик, А.В. Игонов. Бюллетень изобретений № 2, 15.01.1988.

62. Снегоуборочная машина: А.С. № 1260429/ В.И. Молчанов, А.А. Жданова. Бюллетень изобретений № 36, 30.09.1986.

63. Снегоуборочная машина: Патент РФ на изобретение №2207427/ Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов, A.JI. Егоров и др.; Опубл. 14.01.2002 г.

64. Снегоуборочное устройство: А.С. №1523618/ А.Г. Арзамасцев. Опубл. 23.11.1989.

65. Снегоуплотняющее устройство: А.С. № 499372/ А.Ф. Николаев, В.Ф. Белов, В.Ф. Кулепов и др. Бюллетень изобретений № 2, 15.02.1976.у

66. Снегоходные машины. JI.B. Барахтанов и др. Горький: Волговяжское кн. изд-во, 1986.

67. Содержание городских улиц и дорог: Справочник / З.И. Александровская, Б.М. Долганин, Е.Ф. Зайкина, Я.В. Медведев. М.: Стройиздат, 1989.-208с.

68. Становой Л.В., Брыксенов А.Г. Машины для зимнего содержания дорог. Строительные и дорожные машины, 1985, №10, с 13-14

69. Устройство для увлажнения снега в снегоочистителе: А.С. № 1495409/ Н.Н. Карнаухов и др. Опубл. 23.07.1989.

70. Устройство для уплотнения снега: А.С. 687165/ А.А. Киричек, Г.С. Фарков. Опублик. 05.09.1979.

71. Устройство для уплотнения снега: А.С. № 1652424/ В.И. Гончаренко, Г.П. Долинский, Е.И. Легостаев и др. Бюллетень изобретений № 20, 30.05.1991.

72. Устройство для уплотнения снега: А.С. № 1381229/ Усов В.И. Бюллетень изобретений № 10, 15.03.1988.

73. Устройство для уплотнения снега: А.С. № 1784055/ Усов В.И. Бюллетень изобретений № 47, 23.12.1992.

74. Хиксс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.- 406 с.

75. Ходош М.С. Грузовые автомобильные перевозки. М.: Транспорт, 1986.

76. Цытович Н. А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит, вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1983. - 288 с.

77. Черный А.А. Планирование экспериментов и математическое планирование процессов.- Саратов: Изд-во Саратовского универс. 1977.

78. Шалман Д. А. Снегоочистители. JL: Машиностроение, 1985. - 182 с.

79. Эксплуатация специальных автомобилей для содержания и ремонта городских дорог: Практ. пособие/ В.И. Баловнев, Г.Л. Карабан, И.А. Засов 2-е изд. М.: Транспорт, 1992. 263с.

80. Элементарные оценки ошибок измерений. Зайдель А.Н., 3-е изд. перераб. Л.: Изд-во Наука, 1968.

81. Ярмолинский В.А. Зимнее содержание автомобильных дорог: Учеб. пособие. Хабаровск. 1999. 95 с.

82. Dorsey N. Е. 1940. Properties of Ordineiy Water-substance in all its Phases: Water Vapor, Water and all the Ices. Mono. Ser. No.8, Am. Chem. Soc. Rheinhold Publ. Corp. (reprinted Haftier Publ. Co., New York, 1968 ).

83. National Research Council. 1954. Int. Assoc. Hydrol. Sci., classification for snow. Tech. Memo No 31. Nat. Res. Couc. Can., Ottawa, Ont.

84. Sulakvelidze G. K. 1959. Thermal conductivity equation for porous media containing saturated vapor, water and ice. Bull. Acad. Sci. USSR Geophis. Ser., January, pp. 180-188.

85. Mellor M. 1997. Ehgineering properties of snow. J. Glasiol., Vol. 19, No. 81, pp. 15-16

86. Блок схема алгоритма программы "Kub"1.НАЧА/D I1. Txz1. Qhh /О

87. V2 ЯП * (b~f2) + f2 * а) * h! + ((a-f1J х (b-F2) * ГЗ) I

88. K(S) (VI - V2J/V1X \wi=(a-rii7s\ I W2= to - F2)/S\w= wlw2*w3\ ISfU2r3VtV2KlS)Wlнотj КОНЕЦ I1. Текст программы "Kub".1. Sub Программа(КиЬ)

89. If а <= b And а <= h Then d = а

90. If b <= h And b <= h Then d = b

91. If h <= a And h <= b Then d = h 46 Range("Bll").Select48 ActiveCell = d49 'Выбираем активную клетку для начала записи данных50 Range("hl").Select51 's размер куба изменяется от 1 до d

92. For s = 1 То d * 53 si = 05459'60