Повышение эффективности щеточных агрегатов коммунальных уборочных машин

• Автор: Лепеш, Алексей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Шахты
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЩЕТОЧНЫХ АГРЕГАТОВ КОММУНАЛЬНОЙ УБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ
1.1. Конструктивные особенности и режимы эксплуатации щеток коммунальной уборочной техники
1.2. Современные методы расчета характеристик
1.3. Современные методы расчета характеристик контактного взаимодействия щеточного ворса с очищаемой поверхностью
1.4. Постановка задач исследования
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЩЕТОЧНОГО ВОРСА
2.1. Выбор и обоснование образцов для экспериментальных исследований
2.2. Испытания на разрыв
2.3. Испытания на трение и износ
2.4. Выводы по разделу
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОСИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЩЕТОК КОММУНАЛЬНЫХ МАШИН С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ
3.1. Определение условий и параметров взаимодействия коммунальных щеток с дорюжным покрытием
3.2. Математическая модель упругого деформирования щеточного 1 ворса
3.3. Определение сил взаимодействия щеточного ворса с очищаемой поверхностью
3.4. Учет динамики силового взаимодействия
3.5. Математическая модель трения щеточного ворса
3.6. Выводы по разделу
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫБОРА ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОММУНАЛЬНОЙ УБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ
4.1. Прогнозирование ресурса щетки коммунальной машины
4.2. Имитационное моделирование рабочего процесса
4.3. Оценка адекватности имитационной модели функционирования щеточного агрегата коммунальной уборочной машины
4.4. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных задач в коммунальном хозяйстве наряду с повышением качества услуг является задача повышения работоспособности машин и технологического оборудования. При этом наибольшее значение имеет необходимость повышения эффективности самого рабочего процесса, стойкости и долговечности рабочих органов машины.
На сегодняшний день почти 90% парка отечественных, а также все импортные коммунальные машины для летнего и зимнего содержания дорог и улиц, а так же прилегающих к ним территорий оснащаются щеточными агрегатами, ворс которых изготовлен из различных материалов. По отношению к коммунальной уборочной технике наиболее актуально повышение качества уборки и одновременно увеличение ресурса щеточных агрегатов.
Наиболее используемым материалом для производства щеток на сегодняшний день, является полипропилен. Полипропиленовый ворс, его еще называют леска, изготавливается из морозостойкого полипропилена (ПП) различных марок методом экструзии. Как правило, леска (из которой затем нарезается ворс) производится диаметром от 1,5 до 3 мм, в зависимости от предполагаемого использования.
В процессе уборки дорог и тротуаров ворс щеток истирается и при износе на две трети от первоначальной массы щетки они становятся непригодными для эксплуатации. Поскольку стоимость материала щеток, как правило, относительно ||велика,'!]то ‘от продолжительности срока эксплуатации' щеток ‘коммунальных машин в большой степени зависит стоимость уборки территорий, дорог и тротуаров.
Решение научной задачи повышения работоспособности и ресурса щеточного агрегата напрямую связано с определением характеристик температурного и силового взаимодействия щеточного ворса с очищаемой поверхностью и имеет практическую значимость, поскольку напрямую связано со стоимостью и эффективностью уборки.
Таким образом, объектом исследования является щеточный рабочий орган (щетка) коммунальной машины для летнего и зимнего содержания дорог и улиц, а так же прилегающих к ним территорий.
Предметом исследования выступают функциональные связи между параметрами щетки, режимами рабочего процесса и характеристиками температурно-силового взаимодействия щеточного ворса с очищаемой поверхностью, в конечном итоге, с ресурсом щетки и ее работоспособностью.
Продолжительность срока эксплуатации щёток определяется скоростью их изнашивания, которая зависит от нескольких факторов, определяемых как конструкцией щетки и свойствами материала ее ворса (механическими, теплофизическими и др.), так и условиями функционирования, т.е. характером силового и скоростного взаимодействия с очищаемой поверхностью, факторами

окружающей среды и др. Эффективность рабочего процесса коммунальной уборочной машины также зависит от многих из перечисленных параметров. Повышение эффективности связано с необходимостью рационального выбора материала щеточного ворса, конструктивных параметров щеток и увеличения скоростных режимов их эксплуатации, как правило, ограниченного снижением ресурса подметальных щеток (также определяемого этими параметрами и режимами).
Повышение эффективности и одновременно - ресурса щеток связано с необходимостью анализа рабочего процесса с целью разработки рекомендаций по конструкции рабочих органов, параметров и характеристик рабочего процесса, выбору и обоснованию материалов и технологии изготовления щеток и самого щеточного ворса.
Не смотря на широкое применение щеток различных конструкций (дисковых, лотковых, пучковых, би-лайн, ленточных) и различных диаметров (от 350 до 915 мм), на сегодняшний день не решены вопросы рационального выбора таких параметров как:
-упругость ворса, его толщина, длина, густота щетки;
-ширина пятна контакта щетки с дорожным покрытием;
-скорость движения коммунальной машины во взаимосвязи счастотой вращения щетки;
-усилие прижатия и др.
Определение перечисленных параметров требует исследования влияния:
- силового и скоростного взаимодействия щеточного ворса с дорожным . покрытием на ее нагрев, изнашивание и обеспечение рабочих характеристик;
, 1» 1 >, г., и J I. ы'Ч 'и iM f . 1 . I il „ ,, ".
1 , “, - нагрева контактной поверхности на изменение механических свойств и износа щетки.
- конструктивных параметров щеток и геометрических характеристик щеточного ворса на его упругие свойства и характеристики силового взаимодействия с дорожным покрытием и его загрязнением;
- свойств материала на износостойкость щеточного ворса и др.
На сегодняшний день самым оптимальным способом анализа рабочих процессов является их имитационное моделирование на ЭВМ, которое позволяет не только прогнозировать исследуемые рабочие характеристики, но и выявлять их причинно-следственные связи с параметрами и характеристиками совокупности процессов, происходящих при функционировании рабочих органов машины. Практическая значимость имитационной модели обоснована возможностью прогнозировать ресурс и рабочие характеристики подметального процесса еще на ранних стадиях проектирования рабочих органов коммунальной машины, причем, с учетом условий ее последующего применения.
Цель работы состоит в разработке теоретических и методических основ оценки эффективности щеточных агрегатов коммунальных машин по характеристикам, определяющим их работоспособность и ресурс в зависимости от конструктивных параметров и условий рабочего процесса.

( X = х' соя(б — а) + у'5т(5 — а) (х = X + х0 !х = X + гсояа — г
(у = -х' 5ш(б - а) + у'соэСб - а) ' (у = У + у0' ( у = У + гапа ’
(1.20)
IX = х' соя(б - а) + у' яш(б — а) + гсоза - г I У = —х' яш(б — а) 4- у' соя(б — а) + гяша
Для определения координат точек контакта используется метод эллиптических функций [34]. При этом углы наклона ворсин определяются из эксперимента
В решаемой задаче [4] сила Р остается все время перпендикулярной к упругой линии изгибаемой ворсины, т.е. имеет место процесс плоского изгиба при следящем перемещении силы. Каждое состояние упругой линии соответствует некоторому случаю продольно-поперечного изгиба.
Окончательные выражения для определения координат свободного конца ворсины в неподвижной системе: хОу имеют вид:
х = 1 ||[Е(к) — Е(сро)] — 1}со5(б — 2) + 2ксоьф0 ят(б — а) — г(1 — соясх);
у = 1[Е(к) — Е(ср0)] — 115ш(б — 2) + 2 ксояф0 соя(б — а) + гьта,
(1.21)
где:Е(к),Е(ф0) - эллиптические интегралы 2 рода с параметрами, задаваемыми
ОД/с)-/ДФо) = Р; '
системой уравнений:] , . 6 Е(к),Е(фп) — эллиптические интегра-
( /СБШфо = БШ-;
к Гр
лы 1 рода; а0 = асссоБ-; 6 — I коэффициент подобия.
?' ' |‘В работе [4] проведены расчеты для трех видов щеточного ворса, исполь-
зуемого в кожевенной промышленности: мексиканской травы, капрона и вайлона, при длине ворсины 20 мм, диаметре щеточной колодки 95 мм. Показано, что теория упругих стержней хорошо согласуется с опытом - дает погрешность в определении координат точек контакта 3 - 5%.
Методики расчета силового взаимодействия щеточного ворса при очистке поверхности разработаны в работах [13 - 16]. Здесь рассматривается взаимодействие проволочного инструмента с обрабатываемой поверхностью. Особенностью проволочных инструментов является то, что их взаимодействие с обрабатываемой поверхностью происходит через стержни малой жесткости (ворс щеток), которые являются элементами их конструкций и претерпевают в процессе обработки значительные деформации подобные деформациям ворса коммунальных щеток. На инструмент - иглофрезу - действует сила нормального давления Ы, от которой зависит тангенциальная составляющая силы резания Ръ и отрицательный передний угол у (рис. 1.10). Именно эти параметры лежат в основе физической картины процесса резания и определяют эксплуатационные характеристики процесса: скорость резания, подачу, глубину резания, качество поверхности и стойкость инструмента. Теоретическое определение значений /V, Ръ и у, соответствующих устойчивому процессу обработки, является основной задачей иглофрезерования. В работе [70] исследовано влияние толщины И слоя