Желукевич Р.Б. Машины и агрегаты для содержания аэродромов
Подождите немного. Документ загружается.
15
где
δ
– угол трения снега по металлу, град.
В зависимости от технической производительности снегоочистителя и
окружной скорости ротора определяют радиус вращения ротора R, (м)
)
)К(вVК,
П
R
2
1ррнсн
тех
1ρ81
−
−
=
, (4.12)
где
тех
П
– техническая производительность машины, т/ч;
сн
ρ
– плотность
снега, кг/м
3
;
н
К
– коэффициент наполнения ротора снегом, зависящий от
скорости
р
V и физико-механических свойств снега (при
р
V = 13,5–20 м/с и
сн
ρ = 300–500 кг/м
3
,
н
К = 0,25–0,5, большее значение
н
К соответствует
меньшей скорости
р
V
);
р
V
– окружная скорость ротора, м/с;
р
в
– ширина
лопасти ротора, м;
1
К
– коэффициент зависимости от угла разгрузки и угла
внешнего трения снега
(
1
К
=
r
R
= 2,2–2,5); R – радиус ротора, м; r – радиус
ступицы ротора, м.
в
KRв
⋅
=
2
р
, (4.13)
где
в
К – коэффициент ширины ротора, (
в
К = 0,325–0,375).
Длина (м) лопасти ротора ℓ = R(1 – К
1
–1
).
Число лопастей ротора выбирают из соотношения (2
р
ϕ
π
/ )
12п
л
≤
≤
.
Наиболее распространены на практике лопастные роторы снегоочистителей,
у которых шесть–восемь лопастей.
Частота вращения ротора (мин
–1
)
)R/(Vn
π
=
p
30
. (4.14)
Теоретическая производительность снегоочистителя (м
3
/с)
( )
2
1
2
р
т
1
60
−
−
π
= K
Rnв
П
. (4.15)
Массовая производительность метателя связана с технической
производительностью снегоочистителя соотношением
тсннтех
63 ПK,П
ρ
≤
. (4.16)
16
Для расчета дальности ℓ(м) отбрасывания снега под углом
θ
к гори-
зонту при действии сопротивления воздуха применяют формулу
+
ρ
θ
ρ
=
νν
KK
С
,R
arctg
cos0,5θ
cosθ
1ln
3
50cos4
в
снф
l
, (4.17)
где
ф
R
– среднестатический радиус частицы снега (для наиболее вероятных
условий работы снегоочистителя при
сн
ρ
= 250–450 кг/м
3
,
ф
R = 0,015–0,035 м,
большим значением
сн
ρ
соответствуют меньшие значения радиуса
ф
R );
С
–
аэродинамический коэффициент (для шарообразной в среднем формы
снежинки
С
= 0,23);
в
ρ
– плотность воздуха, (
в
ρ
= 1,2 кг/м
3
);
ν
K
–
скоростной коэффициент.
cos0,5θ)ρ(θsin0,5ρ3
снфв
⋅= gRCVК
ν
, (4.18)
где V – скорость выброса снега из метательного аппарата снегоочистителя, м/с
(она может отличаться от скорости ротора
р
V
на 5–10 % и более в зави-
симости от геометрических параметров метательного аппарата, физико-
механических характеристик снега, а также вектора начальной скорости
входа снега в метательный аппарат);
θ
– начальный угол выброса снега
относительно горизонта, град.;
g
– ускорение свободного падения, м/с
2
.
Дальность отбрасывания снега с учетом скорости ветра определяют
эмпирической зависимостью
)10(
1в в
V,
±
=
l
l
, (4.19)
где
в
V – скорость ветра, м/с; ℓ
1
– коэффициент дальности отбрасывания
снега, зависящий от окружной скорости ротора (ℓ
1
≈ 10–20).
Отбрасывать снег следует по направлению ветра (можно против ветра
при его скорости не более 5 м/с).
При использовании попутного поддува воздуха в метательном аппарате
для снижения аэродинамического сопротивления на начальном участке
траектории полета частиц снега дальность отбрасывания можно определить
по эмпирической формуле
9,1-
сн
90
под
ρ80 .V,l
,
=∆ , (4.20)
17
где
под
V
– скорость воздушного потока при попутном поддуве (
под
V
= 100 м/с).
При работе шнекового и фрезерного питателя вырезаемые из забоя
фрагменты снега формируют перед наружным краем винтовой лопасти
спиралевидную призму волочения. Угол подъема наружного края винтовой
лопасти питателя
п
п
2
arctg
R
t
π
=ε , (4.21)
где
п
t
– шаг винтовой лопасти, м;
п
R
– радиус окружности вращения
питателя (для шнека
п
R
= 0,2–0,25 м, для фрезы
п
R
≥ 0,477 B, где В – ширина
захвата фрезы, м).
Для шнекового питателя
п
t
= (1,6–2)
п
R
,
ε
= 14,2–17,6
о
, для фрезерного
питателя
ε
= 25–30
о
.
Оптимальная окружная скорость шнекового и фрезерного питателя
(
п
RV
ω
=
, V = 8–10 м/с). Увеличение скорости
V
приводит к ухудшению
забрасывания снега в метательный аппарат и нелинейному повышению
энергоемкости процесса.
Ширина винтовой лопасти шнека в радиальном направлении
в
ш
=
п
R –
в
R , (4.22)
где
в
R
– радиус вала шнека, м.
Ширина винтовой лопасти фризы
αsintgδ2
пф
вRвв +=
, (4.23)
где
в
– поступательная подача фрезы на один оборот, м; δ – угол трения
снега по металлу; α – угол подъема винтовой лопасти фрезы, град.
z)(2
фм
ω
π
=
Vв
, (4.24)
где z – число заходов фрезы (z = 2–4);
ф
ω
– угловая скорость фрезы, рад/с.
Для барабанной фрезы радиус барабана определяют по формуле
18
фб
вRR
−
=
. (4.25)
Уравнение баланса мощности роторного снегоочистителя (кВт)
вспперпрдв
NNNNN
+
+
+
≥
, (4.26)
где
дв
N
– установочная мощность двигателя, кВт;
р
N – мощность привода
лопастного ротора, кВт;
п
N
– мощность привода питателя, кВт;
пер
N –
мощность, затрачиваемая на перемещение машины, кВт;
всп
N – затраты
мощности на привод вспомогательного оборудования (насоса гидросистемы,
вентилятора и др.).
Мощность привода лопастного ротора
)(
321запp
NNNKN
+
+
=
/
p
η , (4.27)
где
зап
K – коэффициент запаса мощности на преодоление сил трения снега о
лопасти, подъем снега ротором и др., (
зап
K
= 1,1–1,15);
p
η
– КПД привода
лопастного ротора, (
p
η
= 0,9–0,95);
1
N – мощность, затрачиваемая на
сообщение снегу кинетической энергии, кВт;
2
N
– затраты мощности на
преодоление сил трения снега о неподвижный кожух метательного аппарата,
кВт;
3
N – мощность, теряемая при ударе лопастей ротора о снег, кВт.
Мощность, затрачиваемая на сообщение снегу кинетической энергии,
(
)
[
]
2
1
22
тех
223
1
1a50а110321
−
−
−−+ω⋅= K,ПR,N
νν
, (4.28)
где
1
K
– относительная длина лопасти, (
r
R
K =
1
);
ω
– угловая скорость
ротора, рад/с.
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения снега о кожух,
)1(1000
)tgδ1(
2
х
3
хтех
22
2
−
−
−
−ω
=
с
сПR
N , (4.29)
(
)
[
]
50
2
1Hx
11
,
KKc
−
−
−−=
. (4.30)
Мощность, теряемая при ударе лопастей о снег,
19
снр
3
снр
3
3
10780
JJ
JJ
,N
+
ω
⋅=
−
, (4.31)
где
р
J – момент инерции ротора, кг·м
2
;
сн
J
– момент инерции снега,
поступающего внутрь лопастного ротора за один оборот, относительно оси
вращения ротора, кг·м
2
.
)1(63
1
1
тех
2
сн
−
+ω
π
=
K,
ПR
J . (4.32)
Для роторно-торцевых снегоочистителей необходимо дополнительно
учитывать затраты мощности (кВт) на резание снега лопастными роторами
)1(10
2
1
2
мрез
3
4
−
−
−π= KRVKN , (4.33)
где
рез
K – удельное сопротивление снега резанию, Па;
м
V
– рабочая скорость
снегоочистителя, м/с.
Мощность (кВт), расходуемая на привод шнекового или фрезерного
питателя
(
)
п
п2п1
п
η
NN
N
+
= , (4.34)
где
п1
N
– затраты мощности на вырезание снега из массива, кВт;
п2
N
–
затраты мощности на перемещение снега питателями, кВт;
п
η – КПД
привода питателя, ( 9080η
п
,,
−
=
).
Выражение для определения мощности резания снега питателем:
(
)
(
)
δαtgzπω10
мппpп
3
п1
+−=
−
VRPN
, (4.35)
где
pп
P – суммарная сила сопротивления снега резанию винтовой лопастью
питателя, Н;
п
R – радиус окружности вращения питателя, м;
z
– число
заходов винтовой лопасти питателя;
α
– угол подъема винтовой лопасти
питателя, град;
п
ω – угловая скорость питателя, рад/с.
20
Суммарная сила сопротивления снега резанию винтовой лопастью
питателя (Н)
cosαzω
zπ102
пп
пмпрез
26
рп
t
BVRK
P
⋅
=
, (4.36)
где
рез
K
– удельное сопротивление снега резанию, МПа;
B
– ширина захвата
питателя, м;
п
z
– число винтовых лопастей питателя (для фрезы
1z
п
=
, для
шнекового питателя 32z
п
−
=
);
п
t – шаг винтовой лопасти питателя, м.
Для шнекового питателя затраты мощности на перемещение снега вдоль
оси питателя
(
)
tgα2
δαtgtgρω
10391
техп
2
п
3
п2
+⋅
⋅=
−
ПRB
,N , (4.37)
где
ρ
– угол внутреннего трения снега, град.
Для фрезерного питателя
(
)
(
)
tgα
δαtgtgδtgρω
10391
техп
2
п
3
п2
++
⋅=
−
ПRB
,N
. (4.38)
При ориентировочном расчете мощности привода лопастного ротора
можно использовать эмпирическую зависимость
g
K
ПR,N
тех
223
p
ω10722
−
⋅=
, (4.39)
где
K
– эмпирический коэффициент, зависящий от окружной скорости
ротора RV ω
p
=
и свойств снега, при 2212
p
−
=
V м/с и
3
cн
мкг350ρ /=
,
K
= 0,95–1,3 (меньшие значения соответствуют большей скорости
p
V
).
При ориентировочном расчете мощности привода шнекового питателя
можно использовать эмпирическую зависимость
0техп
NaПN
+
=
, (4.40)
21
где
a
– эмпирический коэффициент, возрастающий с увеличением плотности
снега, (при
3
сн
кг/м450350ρ −= ,
ч/т
кВт
0257
0
0147
0
⋅
−
=
,
,
a
);
0
N
– потери
мощности, обратно пропорциональные частоте вращения шнека, (при
об/мин500300
п
−
=
n
,
кВт3315
0
,,N
−
=
).
Уравнение тягового баланса имеет вид
4321
WWWWW
+
+
+
=
, (4.41)
где
1
W
– сопротивление врезанию в снежный массив горизонтальных и
вертикальных ножей рабочего органа, Н,
FКW
рез
6
1
10= , (4.42)
рез
К – удельное сопротивление снега резанию, МПа;
F
– площадь проекции
ножей на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси движения
машины, м
2
;
2
W
– сопротивление скольжению рабочего органа по поверхности
покрытия, Н,
tgδ
po2
GW
=
, (4.43)
po
G – вес рабочего органа, Н;
3
W – сопротивление перемещению базовой машины, Н,
(
)
ifGW
+
=
бм3
, (4.44)
бм
G
– вес базовой машины с навесным оборудованием, Н;
f
– коэффициент
сопротивления качению колес машины;
i
– уклон покрытия;
4
W
– сопротивление лобового взаимодействия винтовой лопасти
питателя со снежным забоем, Н,
tgρ
перτpτ
4
⋅⋅
+
=
PP
W , (4.45)
ρ – угол внутреннего трения снега.
В радиальной плоскости вращения питателя тангенциальная
составляющая сил резания снега винтовой лопастью зависит от
22
взаимодействия со снежным забоем. При высоте забоя, равной высоте
питателя,
)(
ппп1pτ
R/NP
ω
=
⋅
. (4.46)
Тангенциальная составляющая сил перемещения снега винтовой
лопастью вдоль поверхности снежного забоя для шнекового питателя,
)ω2(
ппп2пеp
R/NP
=
⋅τ
. (4.47)
Для фрезерного питателя
(
)
[
]
δ
+
ρ
ω
=
⋅
tgtgtgρ
ппп2пеpτ
R/NP . (4.48)
Техническая производительность (т/ч) роторного снегоочистителя
снмcтех
ρ63 VBH,П
=
, (4.49)
где
B
– ширина захвата питателя, м (принимают больше ширины базовой
машины на 0,15–0,2 м в каждую сторону);
c
H
– толщина снежного покрова, м.
При проектирование роторных снегоочистителей должно соблюдаться
соотношение
рпиттех
ППП
≤
≤
, (4.50)
где
пит
П – производительность питателя, т/ч;
р
П
– производительность
ротора, т/ч.
Контрольные вопросы
1. Дайте классификацию роторных снегоочистителей.
2. Какие схемы привода рабочих органов и ходовой части роторных
снегоочистителей вы знаете?
3. Преимущества и недостатки одномоторных и двухмоторных схем
привода рабочего органа и ходовой части роторных снегоочистителей.
4. Какие факторы влияют на дальность отбрасывания снега ротором?
5. Назовите сопротивления, возникающие при работе роторного
снегоочистителя.
6. Какие факторы влияют на техническую производительность
роторного снегоочистителя?
23
4.5. Машины аэродромные уборочные
Машины аэродромные уборочные предназначены для очистки
искусственных покрытий взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек
аэродромов от снега, гололеда, пыли, мусора, для сдувания воды и просушки
покрытия при температуре ± 40 ºC.
Общий вид аэродромной уборочной машины ДЭ-224А показан
на рис. 4.60, а ее технические характеристики приведены в табл. 4.5.
Рис. 4.60. Машина аэродромная уборочная ДЭ-224А в транспортном
положении
Базой для создания машины ДЭ-224А послужил одноосный тягач
МоАЗ-546П. Основными составными частями машины являются: отвал,
противонакатное устройство, щетка, генератор газового потока
авиадвигателя АИ-25, газопровод и системы, обеспечивающие работу и
управление этими агрегатами.
Таблица 4.5
Технические характеристики аэродромной
уборочной машины ДЭ-224А
Наименование показателей Значение
Тип машины
Самоходная, на базе одноосного
тягача МоАЗ-546П
Мощность двигателя базового шасси,
кВт (л. с.)
154(215)
Генератор газового потока Турбореактивный двухконтурный
авиадвигатель АИ-25
Параметры генератора:
суммарный расход воздуха, кг/с
36
24
напор газового потока, кПа
расход топлива, кг/ч
Температура выходящих газов, ºС:
высокотемпературный контур
низкотемпературный контур
42
до 550
490–500
55
Отвал:
длина в рабочем положении (с удли-
нителями), мм
ширина захвата, мм
5410
4500
Щетка:
диаметр, мм
частота вращения, сек‾
1
ширина захвата, мм
850–900
до 11,3
4000
Скорость, км/ч:
рабочая
транспортная
до 40
до 40
Габаритные размеры в транспортном
положении, мм:
длина
ширина
высота
15134
3150
3300
Масса конструктивная, кг не более 27250
Топливный бак, привод генератора и аккумуляторный ящик
установлены сзади тягача. На кабине закреплены фары и проблесковый
маячок.
К лонжеронам рамы приварены два кронштейна с проушинами для
крепления параллелограммной навески отвала и гидроцилиндров подъема
отвала. Установка отвала (рис. 4.61) включает следующие узлы: отвал в
сборе, балку, установку колес, гидроцилиндры, тяги, серьги.
1
2
3
4
5
6
7