МОДЕРНИЗАЦИЯ СНЕГОУБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСА

EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF THE COOLING SYSTEM OF SMALL-SIZED DIESEL ENGINES AT HIGH AMBIENT TEMPERATURES

P.S. Podkolzin

The article studies the efficiency of the air cooling system of high-speed multipurpose small-sized diesel engines 1H9.5/8.0 at an ambient temperature of+50 ° C. The design calculation and evaluation of the efficiency of the 1H9.5/8.0 diesel air system produced by JSC "AK "Tulamashzavod" at a given ambient temperature was performed. Based on the data obtained, a conclusion is made about the possibility of applying the methodology used to calculate the air-cooling system of small-sized single-cylinder engines. On the basis of the conducted research, ways to increase the efficiency of air cooling of a serial engine are proposed.

Key words: diesel, air cooling system, cylinder, cylinder head, cooling efficiency, high ambient temperatures.

Podkolzin Pavel Sergeevich, student, podkolzin2001sergeevoch@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.86

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-6-127-133

МОДЕРНИЗАЦИЯ СНЕГОУБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСА

П.В. Витчук, Д.А. Славкин, А.А. Сидоров

Описаны конструкция и принцип работы существующего снегоуборочного комплекса, его конструктивные особенности и преимущества использования. Указаны основные проблемы, возникающие при эксплуатации снегоуборочного комплекса, а именно - проскальзывание колес заполненного самосвала при его выезде с подкатного устройства и неравномерное заполнение кузова самосвала снежной массой при ее сходе с ленточного конвейера. Предложены пути решения указанных проблем. Разработаны варианты модернизации подкатного устройства, из которых выбран приоритетный вариант, изготовлен его опытный образец. В настоящий момент ведутся испытания модернизированного подкатного устройства. Проведен анализ причин неравномерного заполнения кузова снежной массой. Составлена схема процесса схода снежной массы с конвейера и получена его математическая модель. Получены зависимости величины вылета снежной массы от скорости движения конвейера. Доказана невозможность равномерного заполнения кузова самосвала без изменения конструкции конвейера. Разработаны варианты модернизации ленточного конвейера. В качестве приоритетного варианта выбрана конструкция ленточного конвейера, оборудованного поворотным устройством, предназначенным для изменения траектории схода снежной массы по мере заполнения кузова самосвала. Описана конструкция и принцип работы разработанного поворотного устройства. Построена модель заполнения кузова самосвала снегом с использованием предложенного поворотного устройства. Показано, что модернизация ленточного конвейера на основе введения в его конструкцию поворотного устройства позволит обеспечить равномерность заполнения кузова самосвала. В настоящее время ведется конструкторская проработка предлагаемого поворотного устройства.

Ключевые слова: снегоуборочный комплекс, конвейер, модернизация, поворотное устройство, самосвал.

Снегоуборочный комплекс (рис. 1), изготавливаемый одним из предприятий автомобильного кластера г. Калуга, предназначен для сбора снега с обочин дороги и транспортировки его в пункт выгрузки. Особенностью данного комплекса является, то, что в

127

процессе работы он занимает лишь одну полосу дорожного полотна. Это является несомненным преимуществом на двухполосной дороге, особенно в час пик.

Рис. 1. Снегоуборочный комплекс: 1 — ротор; 2 — грузовой автомобиль; 3 — ленточный конвейер; 4 — подкатное устройство; 5 — самосвал

Снегоуборочный комплекс (рис. 1) состоит из ротора для забора снега 1 крепящегося к передней части грузового автомобиля 2. На шасси грузового автомобиля 2 установлен навесной ленточный конвейер 3. К задней части грузового автомобиля 2 крепится подкатное устройство 4, которые является связующим звеном для самосвала 5.

Снегоуборочный комплекс работает следующим образом. Самосвал заезжает на подкатное устройство, жестко соединяющее его с грузовым автомобилем. Ротор для забора снега собирает снег и передает его на конвейер, который в свою очередь заполняет кузов самосвала. По достижении заполнения кузова заполненный самосвал съезжает с подкатного устройства, на подкатное устройство заезжает порожний самосвал. Заполненный самосвал транспортирует снег в пункт выгрузки, а порожний самосвал в это время заполняется снегом. Это обеспечивает непрерывность процесса сбора и транспортировки снега.

Практика эксплуатации снегоуборочного комплекса выявила две основные проблемы:

1. При выезде заполненного самосвала с подкатного устройства наблюдаются частые проскальзывания колес, обусловленные наличием снега, льда и воды в углублениях подкатного устройства.

2. Неравномерное заполнение кузова самосвала, обусловленное траекторией схода снега с конвейера, что приводит к недоиспользованию полезного объема кузова примерно на 35 %.

Для решения первой проблемы было предложено два варианта модернизации существующей конструкции подкатного устройства (рис. 2): установка системы рычагов с гидроприводом (рис. 3 а); использование быстросъемной клиновой подкладки под колесо (рис. 3 б).

Физический принцип, лежащий в основе обоих вариантов решения первой проблемы - увеличение силы сцепления колес самосвала с подкатным устройством на основе уменьшения угла заезда колес [1]. Был проведен расчет обоих вариантов, на основании которого были определены геометрические размеры рычажной системы и клиновой подкладки [2]. По итогам сравнительного анализа обоих вариантов в качестве приоритетного был выбран вариант установки системы рычагов с гидроприводом. Был изготовлен опытный образец модернизированного подкатного устройства, в настоящий момент ведутся его испытания.

Для решения второй проблемы необходимо проанализировать процесс заполнения кузова самосвала снегом. Была составлена схема схода снежной массы с конвейера (рис. 4).

С использованием зависимостей [3], уравнения движения частицы снежной массы на участке АВ (рис. 4).

[тс (1) = Е Fx = (1) [шу(t) = ^у = N - mg

Поскольку у = 0, то N = mg, а сила трения = ¿Л = fШg, где Г - коэффициент трения при движении, то из (1) вытекает

XX = fg.

Последовательно интегрируя уравнение (2), получим

X (1 ) = + Сх;

При 1 = 0, С1 = 0 где I - время движения.

Г

х (1 ) = fgy,

Рис. 2. Существующая конструкция подкатного устройства: 1 — рама; 2 — тяга;

3 — опора; 4 — ролик

_3_ \±_ \А_

Рис. 3. Варианты модернизации подкатного устройства: а — система рычагов; б — клиновая подкладка; 1 — подкатное устройство; 2 — ось колеса грузового устройства; 3 — система рычагов; 4 — клиновая подкладка

Для момента, когда частица снега покидает участок АВ (X = V; х = 1), выражения (3) и (4) примут вид

V =

<-2

1 = fg

Г

Откуда

V

Для свободного падения частицы снега на участке ВС

129

ГтХ = Е Fx = 0

.

[ту = ЕРу = mg

Опуская промежуточные преобразования, получим, что расстояние d, определяющее место падения снежной массы при у = h , будет описываться уравнением

где А = l/4fl.

Ad2 -h = 0,

а

]mg

N

ПП

_ mp

\mg

т

Рис. 4. Схема схода снежной массы с конвейера: т — масса груза; g — ускорение свободного падения; й — вылет груза; Н — высота падения груза; А, В, С — характерные точки пути движения; I—расстояние между точка А и В; V — скорость движения конвейера; ¥тр — сила трения; N—реакция; х,

у — оси координат

Из выражения (9) выразим величину d

d - Vl!

g Vfi

По формуле (10) был произведен расчет величины вылета снега в зависимости от скорости конвейера. Результаты даны в таблице.

Зависимость вылета снега от скорости конвейера

V, м/с 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

d, м 0,3 0,5 0,8 1 1,4 1,7 2,1 2,6 3,1 3,6

Результаты расчета показывают невозможность равномерного заполнения кузова самосвала при условии любого V — const. Поэтому для решения проблемы недоиспользования полезного объема кузова самосвала был проведен анализ вариантов:

- ввода в конструкцию кузова каких-либо датчиков, определяющих заполненность кузова и изменяющих скорость конвейера в зависимости от его заполненности;

- разработки специального устройства, изменяющего траекторию схода снежной массы с конвейера.

По итогам сравнительного анализа обоих вариантов предпочтение было отдано второму варианту (рис. 5).

Устройство приводится в движение с помощью поворотного гидроцилиндра. На штоке гидроцилиндра выполнен зубчатый профиль, входящий в контакт с колесом. Вращение передается на вал с помощью шпонки. Таким образом, линейное перемещение штока преобразовывается во вращательное движение вала.

Устройство работает следующим образом. В открытом положении максимально загружается задняя часть кузова самосвала. Затем устройство поворачивается, уменьшая тем самым выброс снежной массы, в результате чего происходит дозагрузка передней

части кузова. Примерная модель конечного этапа заполнения представлена на рис. 5 б, в действительности заполнение кузова ожидается более равномерным из-за динамических нагрузок в процессе заполнения.

Рис. 5. Конструкция поворотного устройства для изменения траектории схода снежной массы: 1 — кузов самосвала; 2 — насыпаемый груз (снег); 3 — поворотное

устройство; 4 — ленточный конвейер

В настоящее время осуществляется конструкторская проработка разработанного устройства, по итогам которой будут изготовлен его опытный образец.

Предложенные конструктивные решения, направленные на модернизацию снегоуборочного комплекса, позволят повысить его безотказность и производительность.

Список литературы

1. Мамити Г.И. и др. Качение колеса // Автомобильная промышленность. 2019. №. 10. С. 21-23.

2. Сидоров А.А., Витчук П.В. Разработка вариантов модернизации подкатного устройства // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе. Изд-во МГТУ, 2021. Т. 2. С. 74 - 76.

3. Смогунов В.В. и др. Динамика схода снего-ледяных масс с крыш зданий //Современные научные исследования и инновации. 2015. №. 3-2. С. 167-171.

4. Шестопалов К.К. Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование. М.: Академия, 2012. 320 с.

5. Гаврилов К.Л., Забара Н.А. Дорожно-строительные машины иностранного и отечественного производства: устройство, диагностика и ремонт. Москва: ИЛ, 2006. 480 с.

6. Ремонт дорожных машин, автомобилей и тракторов. М.: Academia, 2012.

512 с.

7. Ромакин Н.Е. Конструкция и расчет конвейеров. М.: ООО «ТНТ», 2012.

504 с.

8. Яременко Р.П. Рабочее оборудование минитехники // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. ВГ Шухова. 2015. С. 971-976.

9. Родичев В.А. Грузовые автомобили. Устройство и техническое обслуживание. Учебное пособие. М.: Academia, 2013. 240 с.

10. Егоров А.Л., Мерданов Ш.М. Сбор и утилизация снега с дорог // Проблемы безопасности дорожного движения: материалы Первой российско-германской конф. Омск: Изд-во СибАДИ, Т. 2. 2002. 150 с.

Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk@,bmstu. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),

Славкин Дмитрий Александрович, ведущий инженер-конструктор, slavkin@merkatorgroup.ru, Россия, Калуга, ООО «Меркатор Калуга»,

Сидоров Андрей Алексеевич, студент, saa17km167@student.bmstu.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана

MODERNIZATION OF THE SNOW REMOVAL COMPLEX P.V. Vitchuk, D.A. Slavkin, A.A. Sidirov

The design and principle of operation of the existing snow removal complex, its design features and advantages of use are described. The main problems arising during the operation of the snow removal complex are indicated, namely, the slippage of the wheels of the filled dump truck when it leaves the rolling device and the uneven filling of the dump truck body with snow mass when it descends from the belt conveyor. Ways of solving these problems are proposed. Options for upgrading the rolling device have been developed, from which the priority option has been selected, its prototype has been manufactured. At the moment, tests of the upgraded rolling device are underway. The analysis of the causes of uneven filling of the body with snow mass was carried out. A diagram of the process of the snow mass coming off the conveyor is drawn up and its mathematical model is obtained. Dependences of the amount of snow mass departure on the speed of the conveyor are obtained. The impossibility of uniform filling of the dump truck body without changing the conveyor design has been proved. Options for upgrading the belt conveyor have been developed. As a priority option, the design of a belt conveyor equipped with a rotary device designed to change the trajectory of the snow mass as the dump truck body is filled is chosen. The design and principle of operation of the developed rotary device are described. A model of filling the dump truck body with snow using the proposed rotary device is constructed. It is shown that the modernization of the belt conveyor based on the introduction of a rotary device into its design will ensure the uniformity offilling the dump truck body. Currently, the design study of the proposed rotary device is underway.

Key words: snow removal complex, conveyor, modernization, rotary device, dump

truck.

Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, docent, Vitchuk@,bmstu.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Slavkin Dmitry Alexandrovich, leading design engineer, slavkin@merkatorgroup.ru, Russia, Kaluga, LLC «Mercator Kaluga»,

Sidorov Andrey Alekseevich, student, saa17km167@,student.bmstu.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch