4.3. Определение основных технологических

И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛУЖНЫХ СНЕГООЧИСТИТЕЛЕЙ

Ширина полосы, очищаемой плужным снегоочистителем, определяется габаритными размерами, м, базового шасси и принимается равной

,

где В_n – наибольшее расстояние между внешними поверхностями колес базового шасси, м.

Длина отвала L выбирается с учетом угла его установки в плане α, величина которого определяется основной функцией плуга – сгребание снега и направление его в сторону от очищаемой полосы.

Упрощенно принимают, что при сгребании свежевыпавшего неуплотненного снега частицы сне­га во время движения перед отвалом будут отклоняться от перпен­дикуляра к поверхности отвала на угол δ = arctg f₁ в сторону сдвигания.

Эффективность сдвигания снега отвалом обычно оценивают по коэф­фициенту эффективности:

,

где φ – угол захвата между направлением скорости движения машины и поверхностью отвала, град.

Оптимизация по значению коэффициента эффективности η₀ установки отвала показывает, что η₀ приобретает максимальное значение при φ = 38...43°.

Таким образом, длина отвала, м, должна быть равна

.

Высота отвала выбирается из условия обеспечения удержания призмы волочения снега перед ним. При малых скоростях движения машины, как это имеет место у тракторных снегоочистителей, снег может несколько раз подниматься по отвалу и осыпаться впереди, пока не сойдет с него. При больших скоростях движения снегоочистителя снег скользит по поверхности отвала в сторону и вверх и, достигнув верхнего заднего конца отвала, со значительной скоростью сходит с него. Наибольшая дальность отбрасывания снега будет, если направление вектора скорости частиц снега в момент схода с отвала составит 45° к горизонту.

У большинства плужных снегоочистителей отвал имеет цилиндрическую форму, но в последнее время для них всё шире применяются отвалы и с конической поверхностью.

Расчет геометрических параметров цилиндрического отвала

При работе плужного снегоочистителя сдвигающего действия перед ци­линдрическим отвалом, установленным под углом захвата φ к направлению движения машины, образуется призма волочения, которая непрерывно по­полняется за счет вырезаемой отвалом стружки снега, перемещается вдоль отвала к его заднему концу и образует при сходе с отвала боковой снежный вал (рис. 4.9). Снежный вал в момент схода с отвала имеет треугольное сечение с гипотенузой осыпания, наклоненной к горизонту под углом ес­тественного откоса, примерно равным углу ρ внутреннего трения снега, и высотой, равной высоте призмы волочения Н_пр.

Рис. 4.9. Схема взаимодействия со снегом цилиндрического отвала

В установившемся режиме работы площадь поперечного сечения этого бокового вала равна площади, вырезаемой отвалом стружки снега:

,

где h – толщина снежного покрова, м.

Отсюда высота, м, призмы волочения равна

или .

В соответствии со схемой (рис. 4.9) высота, м, цилиндрического отвала Н должна быть

.

Радиус кривизны, м, цилиндрического отвала находится из неравенства

,

где α – наименьший угол резания, град.

Угол резания для отвалов плужных снегоочистителей сдвигающего действия принимается равным 45°...60°, а при необходимости сгребания снега его увеличивают до 75°...80°.

При анализе значений основных угловых параметров цилиндрических отвалов было установлено, что крутизна его верхней кромки недостаточна для устранения забрасывания снежной пыли на стекла кабины базовой машины. Это ухудшает эксплуатационные показатели снегоочистителя и обусловливает более широкое применение отвалов конической формы.

Высота передней части таких конических отвалов Н_п принимается на 0,3...0,4 м больше максимальной толщины убираемого слоя снега. Высота заднего конца конического отвала Н_з принимается больше, чем передней части, и назначается из условия удержания накопившейся там призмы волочения по формуле

.

Высота призмы снега, а соответственно высота и радиус кривизны, м, конических отвалов являются величинами переменными, и их значения в i-м сечении будут равны

,

.

Скорость, м/с, перемещения призмы волочения вдоль отвала v_np зависит от скорости машины v_m и угла δ внешнего трения снега по металлу и неизменна по его длине:

.

При φ = (π/2 – δ) движение снега вдоль отвала прекращается, про­исходит увеличение призмы волочения с образованием снежных валов по обе стороны отвала.

Уравнивая объем снега, вырезаемый из массива за единицу времени некоторым участком отвала длиной х, и объем, проходящий за это же время через поперечное сечение призмы на длине х, получим текущее значение площади поперечного сечения призмы волочения, а после интегрирования его по длине отвала – объем призмы волочения, м³:

.

Процесс взаимодействия отвала скоростного плужного снегоочисти­теля со снегом характеризуется отсутствием призмы волочения снега, а также значительными инерционными силами и зависящими от них силами трения, которые действуют непосредственно в плоскости отвала. Снег вырезается отвалом в виде стружки, которая перемещается вверх по отвалу и одновременно вдоль отвала. Достигнув верхнего края отвала, снег выбрасывается под углом α_v = 45° к горизонту и под углом β к направлению движения машины со скоростью v_m (рис. 4.10), продолжая полет по баллистической траектории.

Рис. 4.10. Схема взаимодействия со снегом скоростного отвала

Максимальная дальность отбрасывания снега отвалом скоростного снегоочистителя в направлении, перпендикулярном оси движения машины, м:

,

где K_l – коэффициент, учитывающий уменьшение дальности отбрасывания вследствие аэродинамического сопротивления, (K_l = 0,5...0,75);

k_d = sin 2 α_v sin β – коэффициент дальности. Максимальное значение коэффициента k_d = 1 при α_v = 45° и β = 90°.

Отвал скоростного снегоочистителя, выполненный в виде коничес­кой поверхности с переменным по длине отвала радиусом кривизны (рис. 4.11), установлен под острым углом захвата φ = 38°...50° к направлению движе­ния машины и под углом резания α = 35°...40° к горизонтальной повер­хности дороги. Угол наклона верхней кромки отвала к горизонтальной поверхности ε = 65° – φ.

Высоту Н_п переднего конца косо установленного конического отвала принимают примерно на 0,3 м больше, чем номинальную толщину h снежного покрова. Высота заднего конца отвала, м:

.

Рис. 4.11. Форма скоростного отвала

Техническая производительность плужных снегоочистителей при патрульном содержании дорог, м²/ч:

,

где В_пер – ширина перекрытия проходов, В_пер = 0,2...0,3 м.

При уборке снега после снегопада, м³/ч,

.

Работа скоростных снегоочистителей также оценивается по эффективной производительности, м²∙ м/ч:

П_эф = П_т l_max.