Определение рациональных режимов работы малогабаритной машины на математической модели

испытанных при нагрузке 1000 Н и проскальзывании 10 %. Уменьшение глубины наклепа связано с тем, что при больших касательных напряжениях зона их максимальных значений и максимальных деформаций смещается ближе к поверхности, тонкий поверхностный слой быстро упрочняется и препятствует деформации нижележащих слоев. Формула (2) выводилась без учета упрочнения поверхностного слоя и для определения направляющего усилия на гребнях колес по глубине наклепа поверхностного слоя непригодна. Глубина наклепанного слоя 0,4 мм, однако, даже с учетом сильного наклепа слишком мала и заставляет усомниться в том, что боковое усилие на гребнях в эксплуатации сравнимо с вертикальной нагрузкой на колесо. Задир на гребнях возникает не сразу, некоторое время идет процесс истирания поверхностных пленок, при котором / не превышает 0,2 - 0,25. Поэтому, если бы направляющее усилие составляло несколько тонн, глубина наклепа достигала бы нескольких миллиметров. По-видимому, большое направляющее усилие на гребнях появляется только тогда, когда возникает задир и коэффициент трения увеличивается до 0,5 - 0,6, но тогда уже поверхность приобретает большую твердость и деформация не может проникнуть на большую глубину. Другими словами, большое давление гребня колеса на рельс появляется только после увеличения коэффициента трения и возникновения задира и, следовательно, не может быть его причиной.

Заключение. Рассмотрены вопросы механики взаимодействия колеса и рельса и определено влияние нормальных и тангенциальных напряжений на контакт колеса и рельса, проведен анализ напряженно-деформированного состояния рельса и колеса для профилей ГОСТ и ДМеТИ при разных диаметрах и

комфортном взаимодействии, а также приведен анализ напряжения и деформации в контакте колесо -рельс при некомфортном взаимодействии, имеющем место в условиях эксплуатации.

Библиографический список

1. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса: пер. с англ. У.Дж. Харрис и др. М.: Интекст, 2002. 408 с.

2. H. Tourney. Rail/Wheel Interaction from a Track and Vehicle Design Perspective. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 41 -57.

3. R. Harder. Creep Force - Creepage and Frictional Work Behaviour in Non-Hertzian Counter-formal Rail/Wheel Contacts. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 207 - 214

4. R. Harder, L. Lemmy L. Meekisho, J. Jones, V. Rhoades. Generalized Approximation of Wheel-Rail Creep Forces and Contact Patch Frictional Work Using Neural Network Simulation. Proceedings of the 2nd Mini Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel SystemsEdited by Prof. I. Zobory. Budapest, July 1996.

5. Воробьев А.А. Совершенствование технологии восстановления колесных пар повышенной твердости: дис. ... канд. техн. наук. СПб.: ПГУПС, 2005. 140 с.

6. Иванов И.А., Урушев С.В., Воробьев А.А. The problem of application of the railway wheels with the rised hardnes of the rim metal; Transport and engineering, seria 6, sejums 25 Riga: Izdevnieciba "RTU", - 2007. - s. 13-23.

7. Марков Д.П. Трибологические аспекты повышения износостойкости и контактно-усталостной выносливости колес подвижного состава: дис. ... докт. техн. наук. М.: ВНИИЖТ, 1996. 386 с.

8. Марков Д.П. Трибология и ее применение на железнодорожном транспорте // Труды ВИИЖТ. М.: Интекст, 2007. 408 с.

УДК 625.80:64

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАШИНЫ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

В.Г.Зедгенизов1, Д.В.Кокоуров2, Л.В.Простакова3

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Определены рациональные режимы работы малогабаритной машины, которые характеризуются оптимальным коэффициентом распределения мощности двигателя между приводом рабочего органа и движителем. Показана эффективность настройки машины на рациональный режим работы. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: малогабаритная машина; сопротивление; распределение мощности; эффективность.

1Зедгенизов Виктор Георгиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных дорожных машин и гидравлических систем, тел.: (3952)405134, e-mail: vigez@istu.edu

Zedgenizov Victor Georgievich, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of Construction, Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952)405134, e-mail: vigez@istu.edu

2Кокоуров Дмитрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных дорожных машин и гидравлических систем, тел.: (3952)405134.

Kokourov Dmitrii Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor of the Chair of Construction, Roadmaking

Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952)405134.

3Простакова Людмила Владимировна, аспирант, тел.: (3952)405134.

Prostakova Lyudmila Vladimirovna, a postgraduate, tel.: (3952)405134.

DETERMINATION OF RATIONAL OPERATION MODES OF A SMALL-SIZE MACHINE FOR SNOW REMOVAL AND PEDESTRIAN PATHS SPRINKLING ON A MATHEMATICAL MODEL V.G. Zedgenizov, D.V. Kokourov, L.V. Prostakova

Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The authors determine rational operation modes of a small-size machine. They are characterized by the optimal coefficient of distribution of the engine power between the drive of an operating element and a mover. The authors demonstrate the efficiency of machine setup on the rational mode of operation. 1 figure. 1 table. 2 sources.

Key words: small-size machine; resistance; power distribution; efficiency.

Содержание ограниченных территорий общественного пользования предполагает применение малогабаритной универсальной техники, которая способна выполнять различные операции при помощи сменного рабочего оборудования. Примером тому может служить малогабаритная машина для уборки свежевы-павшего снега с одновременной посыпкой убранных площадей антигололедным материалом [1]. Техническая характеристика такой машины приведена в таблице.

Техническая характеристика малогабаритной машины

№ п/п Наименование показателя Величина

1 Двигатель В-2Ч 8,2\7,8

- мощность, кВт 8,8

- номинальное число оборотов, об/мин 3000

2 Трансмиссия Гидрообъемная

- гидронасос 310.12

- гидромотор 310.28

3 Ширина захвата, м 1,2

4 Масса, кг 200

Характерной особенностью малогабаритной коммунальной машины является разветвление силового потока, при котором часть мощности двигателя можно передать вибрационному питателю, минуя движитель. Наряду с другими факторами указанное разветвление существенным образом влияет на производительность машины и качество выполнения рабочих операций. Мощность на движителе определяет скорость поступательного перемещения и производительность, мощность на рабочем органе - расход антигололедного материала. Ввиду того, что мощность энергоблока ограничена, возникает необходимость ее рационального распределения в зависимости от сопротивления на грейдерном отвале.

На рис.1 представлена зависимость основных параметров малогабаритной машины от сопротивления на грейдерном отвале, полученная на математической модели [2].

При сопротивлении W=200 Н скорость поступательного перемещения машины У2 максимальна и составляет 3,52 м/с. При этом расход Ъ антигололедного материала 4,23 дм3/с, а толщина отсыпаемого слоя 0,001 м. Мощность К12 и давление р2 в приводе движителя минимальны, коэффициент буксования Ь и другие параметры рабочего процесса не выходят за рамки наложенных ограничений, а двигатель работает в режиме максимальной мощности, о чем свидетельствует номинальное значение угловой скорости коленчатого вала w=250 р/с. Коэффициент распределения мощности составляет 0,08.

Увеличение сопротивления W на грейдерном отвале влечет за собой повышение мощности К12 на движителе. Однако двигатель работает в режиме максимальной мощности, поэтому недостающую часть N можно забрать только с привода вибрационного питателя.

Уменьшение мощности привода рабочего органа приводит к снижению всех его параметров: угловой скорости w1, частоты колебаний ^ момента М1, давления р1, расхода Ъ. При этом в силу возросшего сопротивления W на отвале скорость поступательного перемещения У2 также уменьшается, а коэффициент распределения мощности возрастает и становится равным 0,24. Двигатель продолжает работать в режиме максимальной мощности ^=250 р/с), а толщина слоя материала И не меняется. Происходит перераспределение мощности и устанавливается новое равновесное состояние, когда мощности К12, потребляемой движителем, достаточно для преодоления с заданной скоростью сопротивления W, а привод питателя потребляет столько мощности, сколько необходимо для обеспечения заданного расхода Ъ антиголоедного материала с новой установившейся скоростью У2.

При дальнейшем увеличении сопротивления W рабочий процесс претерпевает аналогичные изменения. Мощность привода рабочего органа N уменьшается. В приводе движителя нарастают давление р2, момент М2 и мощность К12, увеличивается угловая скорость гидромотора привода движителя w2, усиливается буксование Ь. Несмотря на падение поступательной скорости перемещения У2, коэффициент распределения мощности К1 продолжает возрастать. В конечном итоге устанавливается новое равновесие, при котором двигатель продолжает работать в режиме максимальной мощности, а толщина слоя антигололедного материала И остается неизменной.

Транспорт

ГРа

ь

K1

200 600 1000

0,02 0,08 0,32

0,08 0,24 0,47

\М

N1

Z

V2

д—

200 600 1000

3,52 3,32 2,94

3,00 2,82 2,50

0,60 0,64 0,72

200 600 1000

8,40Е+03 6,96Е+03 4,81Е+03

7,19Е+02 2,16Е+03 4,31Е+03

W

p1

200 600 1000

2,00Е+07 1,76Е+07 1,38Е+07

1,68Е+06 5,05Е+06 8,41Е+06

200 600 1000

4,23Е-03 3,98Е-03 3,53Е-03

1,00Е-03 1,00Е-03 1,00Е-03

У2

—л

200 600 1000

3,52 3,32 2,94

3,00 2,82 2,50

0,60 0,64 0,72

W

Рис.1. Зависимость рациональных параметров малогабаритной коммунальной машины

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

5.00Е-03

4.00Е-03

3,00Е-03

2,00Е-03

1,00Е-03

Ъ

Е

Рассмотренные режимы работы являются рациональными, так как производительность малогабаритной машины в конкретных условиях максимальна, а удельный расход антигололедного материала постоянный. Рациональный режим характеризуется коэффициентом распределения мощности между приводом рабочего оборудования и движителем, который для исследованного интервала изменения сопротивления на грейдерном отвале находится в пределах 0,08...0,47.

Эффективность поддержания рационального режима при изменении нагрузки на грейдерном отвале проиллюстрирована на рис. 2. Кривые 1 и 2 соответствуют рациональному режиму работы малогабаритной машины во всем диапазоне изменения нагрузки.

5,00 п

4,00

3,00

VI, м/с И, мм

2,00

1,00

0,00

3

-Х-4 -Ж-5

-6

-+-7 -8

---- ---

-гэ-

200 600 1000

3,52 3,32 2,94

1 1 1

3,52 3,04 2,02

1,00 1,06 1,45

3,57 3,32 2,20

0,94 1,00 1,36

4,37 4,05 2,94

0,69 0,74 1

Ш, Н

Рис. 2. Зависимость скорости перемещения малогабаритной машины (1,3,5,7) и толщины слоя антигололедного материала (2,4,6,8) от нагрузки на грейдерном отвале (М): 1, 2 - рациональный режим работы во всем диапазоне изменения нагрузки; 3,4 - то же при нагрузке №200 Н; 5,6 - то же при нагрузке W=600 Н; 7,8-то же при нагрузке W=1o0o Н

В случае поддержания рационального режима только при нагрузке W=200 Н скорость У2 и расход Ъ не меняются, однако при увеличении нагрузки W до 600 и 1000 Н скорость поступательного перемещения машины падает на 14 и 43%, а удельный расход материала увеличивается в 1,06 и 1,45 раза соответственно (кривые 3 и 4).

Настройка рационального режима на нагрузку W=1000 Н приводит к повышению скорости малогабаритной машины при W=600 и 200 Н в среднем на 18%. При этом наблюдается уменьшение расхода антигололедного материала на 30% (кривые 7 и 8).

Настройка рационального режима на нагрузку W=600 Н дает промежуточный результат: максимальное снижение скорости машины составляет 34%, а увеличение расхода - 36% (кривые 5 и 6).

Учитывая изложенное выше, можно сделать следующие выводы:

1. Для строгого соблюдения нормы расхода антигололедного материала необходима система автоматической настройки на рациональный режим работы, которая в зависимости от усилия на грейдерном отвале поддерживает оптимальный коэффициент распределения мощности двигателя между приводом рабочего органа и движителем.

2. При отсутствии указанной системы следует настраивать рациональный режим работы на W=600 Н, при котором отклонения от заданной нормы расхода и максимальной скорости перемещения машины будут минимальны.

Библиографический список

1. Кокоуров Д.В., Простакова Л.В., Козлов А.В. Особенности проектирования универсальной малогабаритной машины для коммунального хозяйства // Политранспортные системы: мат-лы V Всерос. НТК. Красноярск, 21-23 ноября 2007 г.: в 2-х ч. Красноярск: Сиб. федер. ун-т; Политехн. ин-т, 2007. Ч. 2. С. 339-340.

2. Зедгенизов В.Г., Кокоуров Д.В., Простакова Л.В. Математическая модель малогабаритной машины для уборки снега и посыпки пешеходных дорожек // Мат-лы V11 Всерос. с международным участием НТК. Братск, 18-20 марта 2008 г. Братск: ГОУ ВПО БГУ, 2008. С. 45-49.