Анализ современного состояния и развития конструкций ножей отвалов дорожных машин

УДК 625.768.5

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ НОЖЕЙ ОТВАЛОВ ДОРОЖНЫХ МАШИН

А.В. Лысянников, Р.Б. Желукевич, В.В. Малянов, Ю.Ф. Кайзер, Н.Н. Лысянникова, Ю.Г. Серебреникова

Представлен анализ современного состояния и развития конструкций ножей отвалов снегоуборочных машин. Выявлены преимущества и недостатки рассмотренных конструкций. Представлены основы нового принципа воздействия на разрабатываемую среду с помощью высокоимпульсных вибраций, применение которого позволит повысить эффективность рабочих органов дорожных машин.

Ключевые слова: нож отвала, дорожная машина, вибрация, снежный накат, гололедные образования.

Безопасность движения автотранспорта связана со своевременной и качественной очисткой покрытий автомобильных дорог от рыхлого снега, снежного наката и гололедных образований, так как их наличие снижает сцепные свойства автомобильных шин с поверхностью покрытия. Количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на полностью или частично покрытом снегом или льдом дорожном покрытии в 1,5 - 4,5 раза больше, чем на сухом покрытии [1].

С целью повышения эффективности удаления рыхлого снега, разрушения снежного наката и гололедных образований с покрытий автомобильных дорог, а также сохранения элементов дорожного покрытия, таких, как структурная разметка, световозвращатели, смотровые люки канализаций, промышленностью разрабатываются новые конструкции ножей для отвальных рабочих органов.

В результате проведенного информационного поиска выявлены следующие конструкции ножей.

Ножи, устанавливаемые на отвалы дорожных машин, подразделяются на полиуретановые, резиновые и металлические. Ножи снегоуборочной техники имеют свои достоинства и недостатки. Для удаления с дорожного покрытия свежевыпавшего и рыхлого снега используют полиуретановые и резиновые ножи, для удаления снежного наката и гололедных образований используют металлические ножи с различным профилем. Для выбора оптимального ножа необходимо знать задачи и представлять условия работы отвала снегоочистителя.

Полиуретановый нож (рис. 1, а) в основном устанавливается на скоростные отвалы в отличие от металлического, не повреждает отвал при наезде на препятствие, что позволяет избежать затрат на ремонт отвала, обладает высокой износостойкостью, удаляет наледь с той же эффективностью, что и металлический [2].

Текстильный корд

Рис. 1. Разновидности неметаллических ножей для отвала: а - полиуретановый нож; б - резиновый нож, армированный текстильным кордом; в - резиновый нож, тканеармированный; г - резиновый нож, армированный стальным тросом

стольной трос

г

Большинство отвалов снегоуборочной техники оборудованы резиновыми техпластинами ТМКЩ (теиломорозокислотощелочестойкими) (рис. 1, б), армированными текстильным кордом (с целью повышения срока эксплуатации), в силу своей дешевизны. Техпластина позволяет удалять рыхлый и свежевыпавший снег, выдерживает удары о люки и бордюры (при этом железобетонные конструкции не повреждаются), сохраняет эластичность даже при низких температурах [3].

Существуют также тканеармированные технические пластины (рис. 1, в), изготавливаемые из комбинированных волокон и синтетических высокопрочных нитей. Такие пластины отличаются высокой прочностью и износостойкостью даже в суровых климатических условиях Крайнего Севера [4].

Еще одной разновидностью техпластин являются техпластины, армированные стальным тросом (рис. 1, г) с целью повышения износа и срока эксплуатации [5].

Металлические ножи, выпускаемые российской промышленностью и устанавливаемые на отвалах, подразделяются на следующие серии: легкосплавные (ЛС); с наплавкой в тело ножа по всей длине режущей части (ТЭ); со сплошным впаянным твердосплавным лезвием (ТС); с прерывистым твердосплавным лезвием (ТСП); перфорированные (П); резцовые (Р).

Ножи серии ЛС (рис. 2, а) изготавливаются из легированной стали (НЯС 20.. .30) и подходят для всех видов работ [5].

122

-ф- -ф- -ф-

О

V/ //

тбердоспладная пластина \

77

тИердосплабная пластинаN

i ni

шШ

.......

№

Р»

Рис. 2. Разновидности металлических ножей: а - нож серии ЛС;

б - нож серии ТЭ; в - нож серии ТС; г - нож серии ТСП; д - перфорированный нож; е - двухсторонний гребенчатый нож

Ножи серии ТЭ (рис. 2, б) изготавливаются из стали 35 с наплавкой в тело ножа по всей длине (НЯС 64...67). Такой нож наиболее эффективен при удалении снежного наката высокой прочности и гололедных образований [5].

Ножи серии ТС (рис. 2, в) изготавливаются из стали 35 со сплошным впаянным твердосплавным лезвием (НЯС 87...94) с целью увеличения срока службы. Рассчитаны на работы в особо тяжелых условиях, наилучший эффект от использования достигается при удалении снежного наката и гололедных образований с последующей обработкой песчано-соляными смесями [5].

Ножи серии ТСП (рис. 2, г) изготавливаются из стали 35 с прерывистым впаянным твердосплавным лезвием (НЯС 87...94). Ножи данной серии предназначены для удаления снежного наката и гололедных образований [5].

Ножи серии П (рис. 2, д) изготавливаются из стали ЗОХГТ (ЗОХГСА) (Н11С 45...50). Такой нож эффективен при удалении снежного наката и гололедных образований с последующей обработкой дорожного покрытия песчано-соляными смесями. Благодаря шахматному расположению отвер-

123

стий перфорированного ножа усилие на рабочем органе ниже, чем при работе сплошным ножом, по мере износа постоянно формируется новая линия резцов, возможен поворот на 180° [5].

Еще одной разновидностью ножей отвалов является двухсторонний гребенчатый нож (рис. 2, е), изготавливаемый из высоколегированной закаленной стали (HRC 37...40). Нож предназначен для удаления с поверхности дороги прочного ледяного покрытия и наростов. Обладает большим рабочим ресурсом за счет высокой прочности и износостойкости стали и двустороннего исполнения ножа [5].

Модификацией перфорированного ножа являются ножи, полностью покрытые вулканизированной резиной (рис. 3).

Рис. 3. Нож отвала с вулканизированным резиновым покрытием:

а - прорезиненный перфорированный нож; б - прорезиненный перфорированный нож с изогнутым профилем; в - прорезиненный перфорированный нож с вулканизированной накладкой

Они обеспечивают очистку дорожного покрытия от рыхлого снега, разрушение снежного наката, гололедных образований и твердого грунта, выравнивание колейности, рыхление спрессованного или смерзшегося

гравия, имеют низкии уровень шума и увеличенную долговечность в использовании по сравнению с обычным резиновым ножом.

Нож с вулканизированной накладкой подходит для очистки зимних дорог от слякоти и льда под слякотью, мокрого утрамбованного снега. Обеспечивает спокойный и тихий ход [5].

Ножи серии Р (рис. 4) изготавливаются из стали 34, оснащены быстросменными твердосплавными резцами (НЯС 87...94), предназначены для тяжелых условий работы, обеспечивают разрушение толстого слоя уплотненного грунта и снежного наката [5].

а

б

в

о о о

ЩМММ?

тбердосппабиый побаротный съемный резец \

Рис. 4. Резцовый нож

Зарубежная промышленность направлена на выпуск ножей с применением современных технологий и материалов, обеспечивающих сохранение дорожных покрытий.

Известен комбинированный нож с гибкими вставками (рис. 4), изготавливаемый из высокопрочной стали, резины и корунда. Имеет высокую устойчивость к износу и значительно больший ресурс по сравнению с предлагаемыми на рынке ножами. Кроме того, нож в сочетании с гибкими вставками основного ножа отвала имеет низкий уровень шума [6].

Рис. 5. Нож отвала с гибкими вставками: 1 - стальной держатель;

2 - резина; 3 - гибкие вставки из корунда

Также известен нож с карбидо-вольфрамовой вставкой, установленной в нижней кромке резинового лезвия (рис. 6). Нож изготовлен в сочетании высокопрочной стали, вулканизированной резины и карбидо-вольфрама. Данная конструкция позволяет уменьшить механический износ ножа и расход энергии во время уборки снега, увеличить скользящие свойства. Передняя стальная пластина выполнена в форме волны, что позволяет направлять поток снега только на отвал, снижая попадание на кабину и другие рабочие органы снегоуборочной техники, а также со специальными отверстиями для обеспечения охлаждения ножа [7].

125

/

_/_ 3 4

Рис. 6. Нож отвала с карбидо-волъфрамовой вставкой: 1 - сталь; 2 - резина; 3 - система охлаждения; 4 - карбидо-волъфрамовая вставка

Проведенный патентный поиск ножей отвалов выявил несколько перспективных изобретений, которые будут актуальны в настоящее время.

На рис. 7 представлен упругий полиуретановый держатель ножа, устанавливаемый на нижней кромке отвала снегоочистителя [8].

Рис. 7. Гибкий держатель ножа отвала

Держатель выполнен в виде трёхсторонней полой балки. Первая сторона является крепежным элементом держателя и отвала снегоочистителя, вторая сторона является фиксирующей для ножа отвала и опорной нижней стороны, соединяющей две первые стороны. При взаимодействии ножа с препятствием держатель деформируется и перемещается в обратном направлении, в результате чего нож остается целым, а снегоуборочная машина двигается плавно через препятствие [8].

На рис. 8 представлен отвал, оборудованный системой переезда через препятствие. Пружинный блок, оснащенный рычажной системой, обеспечивает высокую возвратную силу на рабочем ноже, которая может быть преодолена только при столкновении отвала с препятствием. В этом случае сегменты отвала откидываются назад, обеспечивая его свободное прохождение над препятствием, пружинный блок при этом поднимается по скользящей пластине. После прохождения препятствия рабочий нож тут же возвращается в исходное положение. Во время прохождения над пре-

126

пятствием отвал сохраняет постоянное расстояние над обрабатываемой поверхностью. Данное изобретение предназначено для очистки рыхлого и мокрого снега с поверхности дорожного полотна [9].

Рис. 8. Отвал, оборудованный системой переезда через препятствие

На рис. 9 представлен нож отвала с упругим элементом в виде пружины. Конструкция ножа выполнена с возможностью поворота ножа в обратном направлении относительно движения снегоочистителя при взаимодействии с препятствием. С помощью шарнирного соединения и упругих элементов в виде пружин после прохождения препятствия нож отвала возвращается в обратное положение под действием упругих элементов и дорожного покрытия, тем самым предохраняя элементы рабочего органа от повреждения. Данное изобретение предназначено для очистки рыхлого и мокрого снега с поверхности дорожного полотна [10].

Вибрационный отвал для снегоуборочной техники представлен на рис. 10. Он имеет нож, закрепленный на двух шарнирных неподвижных осях, и вибратор, подключенный к ножу. Отвал имеет коробчатый корпус, устанавливаемый в поперечном положении на транспортном средстве, нож с низкой режущей кромкой и множество упругих рычагов, установленных в корпусе отвала и закрепленных на неподвижной оси.

Рис. 9. Нож отвала с упругим элементом в виде пружины

127

Вибровозбудитель сгибает рычаги вокруг неподвижной оси и за счет этого вибрации передаются на нож. Такая конструкция отвала позволяет очищать дорожное покрытие от сильных гололедных образований, снежно-ледяных образований, замершего грунта с меньшими энергозатратами, что позволит уменьшить нагрузку на силовые агрегаты снегоуборочной техники и продлить срок ее эксплуатации [11].

Рис. 10. Вибрационный отвал: 1 - нож; 2 - шарнирно-неподвижные

оси; 3 - вибратор; 4 - корпус

Проведенный анализ показал, что существует большое разнообразие конструкций ножей для отвалов дорожных машин, изготавливаемых из различных материалов, в зависимости от условий, в которых они будут эксплуатироваться. Современные конструкции ножей из полиуретана не уступают по своим эксплуатационным характеристикам металлическим ножам. Как в промышленности РФ, так и за рубежом, активно разрабатываются новые и совершенствуются существующие конструкции ножей для рабочих органов отвального типа с целью энергосбережения и повышения эффективности очистки дорожных покрытий от рыхлого снега, разрушения снежного наката и ледяных образований, а также обеспечения сохранности дорожных элементов, предотвращения повреждения самого отвала и оборудования дорожной машины. Прослеживаются тенденции нового принципа воздействия на разрабатываемую среду с помощью высокоимпульсных вибраций. При вибрационном резании имеется дополнительный источник колебаний, который позволяет рабочему инструменту совершать регулярные колебания в направлении резания.

Применение вибраций при воздействии на разрабатываемую среду является перспективным направлением, еще проф. Зелениным А.Н. установлено, что при вибрационном резании грунтов происходит снижение силы резания в 3 - 4 раза по сравнению со статическим резанием, также им установлено, что процесс резания уплотненного снега качественно не отличается от резания мерзлого грунта.

Таким образом, развитие направления вибрационного резания является актуальной задачей, решение которой позволит значительно снизить энергоемкость разрушения прочного снежного наката и ледяных образований.

Список литературы

1. Лысянников A.B. Методика и средства контроля нагрузочных параметров рабочих органов типа снегоуборочных машин: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2013. 22 с.

2. Промышленная техника и оборудование [Электронный ресурс]. [2015]. http://kuwalda.fixmag.ru/tools/id l0005ll376.html (дата обращения: 29.11.2015).

3. Компания ООО «ТД «СпецТехТрейд» [Офиц. сайт]. [Электронный ресурс]. [2014]. URL: http : //td-stt.ru/cat/103/2б1/ (дата обращения: 29.11.2015).

4. «УфаДорМаш» - ведущий российский производитель дорожно-строительного оборудования и спецтехники для жилищно-коммунального хозяйства [Электронный ресурс]. [2015]. https://ufadormash.ru/ prod-ucts/nozhi-na-grejderyi-i-traktoryi/tehplastina-lemeh-tkanearmirovannaya-1000/ (дата обращения: 29.11.2015).

5. Лысянников A.B., Желукевич Р.Б., Кайзер Ю.Ф. Модернизация ножа отвала для удаления снежно-ледяных образований // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. Тюмень, 2015. С. 320-324.

6. Küper [Электронный ресурс]. [2015]. http://www.kueperblades.com/ blades/products/gk51 (дата обращения: 29.11.2015).

У. Küper [Электронный ресурс]. [2015]. http://www.kueperblades.com/ blades/products/tuca-sx-wave (дата обращения: 29.11.2015).

8. Патент EP № 2581496A2, 1У.04.2013 / Raoul Renser. Blade holder for road maintenance plough.

9. Патент EP № 0457870/B1, 22.0б.1994 / Johannes Sebulke, Michael Schneider. Schneepflug.

10. Патент US № 3772803/A, 20.11.19У3 / Cote L. Snow plow.

11. Патент US № 3867987/A, 25.02.19У5 / Seaberg David H. Vibratory bulldozer blade.

Лысянников Алексей Васильевич, канд. техн. наук, доц., lysyannikov.alek@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Желукевич Рышард Борисович, д-р техн. наук, проф., kaiser 170174@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Малянов Владимир Викторович, асп., vmalyanov01@gmail. com, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Кайзер Юрий Филиппович, канд. техн. наук, доц., kaiserl 70174amail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Лысянникова Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доц., nataly.nm amail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Серебреникова Юлия Геннадьевна, ассистент, jl.serebroamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа

ANALYSIS OF THE MODERN STATE AND DEVELOPMENT OF CONSTRUCTION OF KNIFE FORTIFIED SNOW PLOW BLADE ROAD CARS

A. V. Lysyannikov, R.B. Zhelykevich, V. V. Malinov, Y.F. Kaiser, N.N. Lysyannikova, Y.G. Serebrenikova

The paper presents the analysis of the modern state and development of the construction of the knife fortified snow plow blade. Advantages and disadvantages of construction. Presents a new principle effects on the developed environment with a high momentum of vibrations, the use of which will improve the efficiency of working bodies of road vehicles.

Key words: knife fortified snow plow blade, road cars, vibration, snow formation, ice formation.

Lysyannikov Alexey Vasilyevich, candidate of technical sciences, docent, lysyannikov. aleka mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Zhelykevich Richard Borisovich, doctor of technical sciences, professor, kais-er170174@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Malinov Vladimir Viktorovich, postgraduate, vmalyanov01@gmail. com, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Kaiser Yury Filippovich, candidate of technical science, docent, kais-er170174@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Lysyannikova Nataly Nikolaevna, candidate of technical science, docent, nata-ly.nm@,mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Serebrenikova Yliya Gennadievna assistant, jl. serebro amail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas