Противостояние снегу

Роторные снегоуборочные машины

В коммунальном хозяйстве есть комплекс мероприятий, называемый зимним содержанием дорожного покрытия. Он предусматривает уборку снега с поверхности транспортных коммуникаций силами специализированных машин с навесным оборудованием. Навесное оборудование может быть плужным, щеточным, вентиляторным или роторным, объединяемым в комплекты. Эффективность работы такого комплекта зависит от согласованной работы средств механизации или, иными словами, от производительности, дальности отбрасывания снега, рабочей скорости и др.

Роторные снегоуборочные машины, применяемые на уборке снега с дорожных покрытий, подразделяются на два основных типа: с совмещенным циклом (одноступенчатые), когда разработка снега и отбрасывание осуществляются одним механизмом, и с раздельным рабочим циклом (двухступенчатые), когда один механизм – питатель – отделяет снег от забоя, а метательный аппарат транспортирует разработанную массу за пределы очищаемого участка.

К машинам с совмещенным циклом относятся плужно-роторные снегоочистители (рис. 1, а) и фрезерные (рис. 1, г). Совмещение операций позволяет создать компактный, менее металлоемкий рабочий орган, благодаря чему машина приобретает очень важное свойство – маневренность. Поскольку снижается нагрузка на ближний к рабочему органу мост, снегоочиститель идет с большей транспортной скоростью. Однако совмещение операции разработки снега и транспортировки его в сторону от направления движения неизбежно ведет к непроизводительным потерям мощности, так как резание снега, исходя из условий энергоемкости процесса, ограничено скоростями 9…10 м/с, а для отбрасывания необходимы окружные скорости в 2…3 раза большие. Поэтому увеличение дальности отбрасывания в снегоочистителях этого типа за счет повышения частоты вращения исполнительного механизма приводит к нерациональному распределению мощности в рабочем органе и, следовательно, к снижению производительности машины.

Раздельный принцип удаления снега с покрытий дает определенные преимущества. Привод питателя и метательного аппарата осуществляется через индивидуальную кинематическую цепь, поэтому режим работы, конструктивные формы элементов, их расположение и количество выбирают для каждого механизма, исходя из условий рационального рабочего процесса. Снегоочистители, рабочий орган которых выполнен по такой схеме, получили название шнекороторных (рис. 1, б) и фрезерно-роторных (рис. 1, в), а различаются они исполнением и компоновкой питателя, конструктивное оформление которого определяет размер шнека, используемого для разработки снежного массива.

В России из числа упомянутых типов роторных снегоочистителей наибольшее распространение получили шнекороторные, которые могут быть выполнены по одно- или двухмоторной схеме. Приверженцем первой схемы является ОАО «Севдормаш». В его снегоочистителе КО-605М передача крутящего момента к навесному оборудованию и отбор мощности на механизм передвижения осуществляются от одного двигателя, расположенного на раме.

КО-605М

По двухмоторной схеме изготовлен снегоочиститель ДЭ-226. Привод рабочего органа осуществляется от дополнительного двигателя, установленного на раме базового автомобиля, за кабиной, а передвижение – от штатного двигателя (рис. 2, а).

Главным отличием КО-605 от других машин, производимых в странах СНГ, является рабочий орган, в котором использована новая конструкция метательного аппарата. Метатель – дисковый, лопастной. Центральная загрузочная область выполнена коноидально для свободного входа снежной массы в полость метательного аппарата. Лопатки метателя состоят из двух сопряженных между собой участков: разгонного и направляющего. Такое конструктивное решение позволяет увеличить пропускную способность метательного аппарата и придать частицам снега в момент разгрузки в направляющий патрубок одинаковую по величине и направлению скорость.

Таким образом, конструктивное решение метательного аппарата снегоочистителя КО-605М учитывает особенности его рабочего процесса: предотвращает выброс снежной массы с лопастей, создает компактный однородный снежный поток с минимальной площадью рассева. Применение такой конструкции метателя позволило увеличить производительность шнекороторного снегоочистителя на 30…40%, а дальность отбрасывания – на 25…45% без увеличения мощности установленного двигателя. Кроме того, одномоторная схема, по которой выполнен снегоочиститель КО-605М, позволяет обеспечить простоту управления и технического обслуживания, сделать машину компактной.

Две механические трансмиссии снегоочистителя ДЭ-226 содержат разъединительные муфты, редукторы, преобразующие частоту вращения, карданные передачи и другие узлы, обеспечивающие привод рабочего органа и механизма передвижения.

Существует мнение, что двухмоторная схема исполнения снегоочистителя позволяет получить независимое регулирование скорости передвижения машины в широком диапазоне, используя пятиступенчатую коробку передач и дополнительную, двухступенчатую, которые обеспечивают набор из 10 передач, а в пределах включенной ступени скорость можно регулировать, меняя частоту вращения основного двигателя, однако такой взгляд ошибочен. Для того чтобы адаптировать скорость машины к изменяющимся условиям снегоочистки, надо иметь наибольшее соотношение передаточных чисел в рабочем диапазоне скоростей не более 1,2, что влечет за собой увеличение передач минимум в 3 раза. Кроме того, по условиям рационального рабочего процесса линейная скорость машины не должна превышать принятой окружной скорости шнеков. Если это соотношение нарушается, то сопротивление передвижению машины становится сопоставимо с тяговыми показателями снегоочистителя по сцеплению. На практике это означает, что водитель использует всего две первые передачи.

ДЭ-226

Основным недостатком рассматриваемой схемы является нерациональное использование дизеля базового шасси в рабочем режиме, который загружен всего на 10% и длительное время работает с частотой вращения меньше номинальной. Это обстоятельство приводит к закоксовыванию камеры сгорания, клапанов и форсунок, что значительно сокращает ресурс двигателя, снижает эффективность его использования и приводит к непроизводительному расходу топлива. Другим недостатком этой схемы является перекрестное направление силовых потоков, когда ходовой двигатель приводит заднюю тележку автомобильного шасси, а с двигателя, расположенного позади кабины, крутящий момент передается на рабочий орган, навешиваемый перед ней. Кроме того, оборудование и ходовой двигатель перегружают передний мост на 2200 кг в транспортном режиме, поэтому в целях предотвращения его разрушения скорость передвижения ограничивается 40 км/ч. Таким образом, мнение о том, что наличие второго двигателя улучшает показатели машины, оказывается несостоятельным.

Привод рабочего органа этой машины одноступенчатый, поэтому частота вращения винтового питателя фиксирована и имеет жесткую кинематическую связь с метательным аппаратом (с неизменным в процессе работы передаточным числом). При таком исполнении привода частота вращения шнеков и лопастного колеса метательного аппарата меняется только при изменении частоты вращения двигателя, синхронно и в сторону уменьшения. Если учесть, что рабочая скорость находится в функциональной зависимости от окружной скорости шнеков и должна быть меньше, то снижение оборотов шнеков при неизменной поступательной скорости машины приводит к увеличению сопротивления ее передвижения и буксованию.

В кожухе питателя рабочего органа снегоочистителя ДЭ-226 установлены однозаходные полностенные шнеки со встречным направлением навивки и постоянным по длине углом подъема винтовой линии, равным 18°. По кромке винтовой лопасти нарезаны гребни, предназначенные для более интенсивного внедрения лопасти в снежный забой. Однако такое исполнение режущей кромки шнека ухудшает процесс транспортировки снега к приемному патрубку, поскольку при перемещении винтовой лопастью часть снежной массы проскакивает в зазор между выступами гребней. Кроме того, исследованиями установлено, что форма режущей кромки не оказывает существенного влияния на процесс разработки снега и, следовательно, не снижает энергоемкость питателя.

Аэропорт Ахтубинск. Военный вариант ДЭ-210БМ (Севдормаш)

В конструкции метателя снегоочистителя ДЭ-226 использована ступица с шестью лапами, усиленными продольными и поперечными ребрами жесткости. К лапам крепятся плоские лопасти с несколько загнутыми боковыми кромками. Поверхность лопасти отклонена от радиуса назад, против направления вращения, на угол 8°. Ступица выполнена сварной из двух втулок и фланцев, к которым крепятся опорные пластины. С тыльной стороны пластины объединены кольцом, которое должно, смещаясь относительно ступицы, воспринимать ударные нагрузки при взаимодействии с инородными предметами и перераспределять их на все опорные пластины.

Недостатком такой конструкции является изолированность лопастей друг от друга по периферии метателя, что приводит к перегрузкам в ступице при взаимодействии со снегом или препятствием и снижает надежность метателя в целом. По данным эксплуатационных служб, изгиб лопастей и излом ступицы происходит примерно через каждые 200 машино-часов работы снегоочистителя.

Центральная загрузочная область метателя не позволяет рационально использовать кинетическую энергию движущейся от шнеков массы снега. Ее эвакуация к лопастям происходит в основном за счет силы тяжести и частично за счет инерционных сил. Это вызывает непроизводительные затраты на последующий разгон снежной массы и увеличивает время ее пребывания в полости метательного аппарата. Наличие неподвижной задней стенки кожуха приводит к дополнительному расходу мощности из-за трения о перемещаемый лопастями снег.

Проанализировав конструктивное исполнение роторных снегоочистителей, можно сказать, что широко известная модель ДЭ-210А, Б, а в дальнейшем популярный снегоочиститель КО-605М претерпели более 1000 существенных изменений, направленных на снижение издержек по эксплуатации машин данного типа, учитывая сравнительную дороговизну при покупке новой машины, а также увеличение эффективности и производительности.

Машина ДЭ-226 с двухмоторной компоновкой, снабженная шнекороторным оборудованием, не претерпела за много лет сколько-нибудь значимых изменений, менялись только мощность и модели силовых установок. Тенденция к повышению мощности двигателей (танковых 1Д12 на 400 л.с. или псевдоувеличение мощности путем суммирования мощности шасси и мощности дополнительного двигателя) при неизменной конструкции рабочего оборудования и принципиальной схеме снегоочистителя не вызывает качественного изменения технологического процесса и приводит к увеличению несоответствия производимой снегоочистителем работы и мощности источника энергии (двигателя), т. е. к снижению КПД.

Первый канал телевидения, 9 сентября 2005 года: «В мире и России растут цены на бензин»

Не оправдывает себя и расхожее мнение, что двухмоторная машина надежней, так как если двигатель рабочего органа выйдет из строя, то на двигателе шасси можно доехать до базы! А если выйдет из строя двигатель одномоторной машины, то она встанет. Вопрос: а если выйдет из строя двигатель шасси, куда можно уехать на дополнительном (автономном) двигателе привода рабочего органа? Получается, это просто суеверие.

А теперь поговорим серьезно о расходе топлива и обслуживании двигателя. Посчитаем – расход топлива средней «восьмерки» ЯМЗ-238 составляет 48...50 л/ч, а двух двигателей – около 100 л/ч. Итак, при стоимости дизельного топлива 16 руб./л:

1 двигатель – 50 л/ч х 16 руб./л = 800 руб./ч;

2 двигателя – 100 л/ч х 16 руб./л = 1600 руб./ч.

Экономия – 800 руб./ч.

Смена длится в средней полосе России не менее 5 ч, две смены – 10 ч, а на Крайнем Севере двигатели вообще не глушат. Вот и подсчитаем, сколько в сутки вылетает в трубу российских рублей.

В средней полосе:

1 двигатель – 2 смены по 5 ч, итого 10 ч х х 800 руб. = 8000 руб. в сутки;

2 двигателя – соответственно 16 000 руб. в сутки.

Северодвинск. Отгрузка партии КО-605М для Чукоавтодора

Экономия в средней полосе – 8000 руб. в сутки.

В северных регионах:

1 двигатель – 24 ч х 800 руб. = 19 200 руб. в сутки;

2 двигателя – 38 400 руб. в сутки.

Итого в сутки экономия на одномоторной компоновке для северных регионов составляет 19 200 руб. Если перевести эти данные с поправкой на продолжительность зимнего сезона, то получается экономия в среднем в год от 720 тыс. руб. в средней полосе до 4,5 млн. руб. в районах Крайнего Севера.

При такой занимательной арифметике сравнивать стоимость содержания и ремонта одного и двух двигателей даже не стоит, но если кто-то хочет – может заняться. Уверен, получатся интересные данные. Так что перед тем, как готовить сани к зиме, т. е. покупать шнекоротор, возьмите калькулятор и посчитайте. Может, все-таки один мотор – хорошо, а два – хуже?