Методы и средства измерительного контроля силовых параметров снегоочистительного оборудования с дисковым инструментом
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Машиностроительные материалы и изделия
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 298
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-4252-4
Артикул: 766150.01.99
Представлена новая методология измерительного контроля силовых параметров дискового инструмента, взаимодействующего с разрушаемой средой. Описан подход, реализованный на комплексном использовании системы основных и ряда вспомогательных методов измерительного контроля, обеспечивающий получение наиболее полной измерительной информации, характеризующей силовые параметры дискового инструмента, с целью обоснования на стадии разработки рациональных с позиции минимизации энергозатрат и повышения производительности конструктивных и эксплуатационных параметров такого инструмента и оснащаемого им оборудования.
Предназначена для инженеров, разрабатывающих конструкции исполнительных органов дорожных машин, инженерно-технических работников аэродромов гражданской авиации и дорожных эксплуатационных организаций, а также студентов, магистрантов и аспирантов технических специальностей.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 625: Строительство транспортных коммуникаций
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Представлена новая методология измерительного контроля силовых параметров дискового инструмента, взаимодействующего с разрушаемой средой. Описан подход, реализованный на комплексном использовании системы основных и ряда вспомогательных методов измерительного контроля, обеспечивающий получение наиболее полной измерительной информации, характеризующей силовые параметры дискового инструмента, с целью обоснования на стадии разработки рациональных с позиции минимизации энергозатрат и повышения производительности конструктивных и эксплуатационных параметров такого инструмента и оснащаемого им оборудования. В. А. Ганжа, Ю. Н. Безбородов, А. С. Сатышев МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СНЕГООЧИСТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ДИСКОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ В. А. Ганжа, Ю. Н. Безбородов, А. С. Сатышев Методы и средства измерительного контроля силовых параметров снегоочистительного оборудования с дисковым инструментом
– 1 – Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет В. А. Ганжа, Ю. Н. Безбородов, А. С. Сатышев МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СНЕГООЧИСТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ДИСКОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Монография Красноярск СФУ 2020
– 2 – УДК 625.768.5:621.317.78(07) ББК 39.311-082.09-5я73+31.221-5я73 Г190 Р е ц е н з е н т ы: Н. И. Селиванов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тракторы и автомобили» ФГБОУ ВО КрасГАУ; А. Ф. Осипов, заместитель генерального директора по развитию ЗАО «Спецтехномаш», г. Красноярск Ганжа, В. А. Г190 Методы и средства измерительного контроля силовых параметров снегоочистительного оборудования с дисковым инструментом : монография / В. А. Ганжа, Ю. Н. Безбородов, А. С. Сатышев. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 298 с. ISBN 978-5-7638-4252-4 Представлена новая методология измерительного контроля силовых па раметров дискового инструмента, взаимодействующего с разрушаемой средой. Описан подход, реализованный на комплексном использовании системы основных и ряда вспомогательных методов измерительного контроля, обеспечивающий получение наиболее полной измерительной информации, характеризующей силовые параметры дискового инструмента, с целью обоснования на стадии разработки рациональных с позиции минимизации энергозатрат и повышения производительности конструктивных и эксплуатационных параметров такого инструмента и оснащаемого им оборудования. Предназначена для инженеров, разрабатывающих конструкции исполни тельных органов дорожных машин, инженерно-технических работников аэродромов гражданской авиации и дорожных эксплуатационных организаций, а также студентов, магистрантов и аспирантов технических специальностей. Электронный вариант издания см.: УДК 625.768.5:621.317.78(07) http://catalog.sfu-kras.ru ББК 39.311-082.09-5я73+31.221-5я73 ISBN 978-5-7638-4252-4 © Сибирский федеральный университет, 2020
– 3 – ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................8 Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КАК РАЗРУШАЕМОГО ИЛИ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА.............12 1.1. Основные физико-механические свойства снежно-ледяных отложений, формирующихся или формируемых искусственно на дорожных и аэродромных покрытиях....................................................12 1.2. Классификация прочных снежно-ледяных отложений как пресноводных льдов природного происхождения и их основные физико-механические свойства .........................................20 1.2.1. Удельный вес (плотность) и пористость льда ............................................... 22 1.2.2. Прочностные свойства льда ............................................................................ 23 1.2.3. Вязкость льда.................................................................................................... 26 1.2.4. Коэффициент внешнего трения льда.............................................................. 27 1.3. Основные закономерности деформирования и разрушения льда....28 1.3.1. Деформирование монокристаллов льда......................................................... 28 1.3.2. Деформирование поликристаллов льда.................................................29 1.4. Известные методы и средства контроля основных эксплуатационных показателей автомобильных дорог и аэродромов при их зимнем содержании под слоем уплотненного снега.....................30 1.4.1. Методы и средства контроля основных показателей качества снежных (снежно-ледяных покрытий) автозимников, дорог с искусственным покрытием и аэродромов при их зимнем содержании под слоем уплотненного снега .................................................................................................... 34 1.5. Основные сведения о технологии зимнего содержания дорожных и аэродромных покрытий, средствах и методах предотвращения и устранения снежно-ледяных отложений.................................................42 1.5.1. Недостатки распространенных методов и средств очистки дорожных и аэродромных покрытий от снежно-ледяных отложений .................................... 46 1.6. Обоснование потребности в методах и средствах измерительного контроля силовых параметров высокоэффективного снегоочистительного оборудования на стадии его проектирования.......52
– 4 – Глава 2. МЕТОД И ПРИБОР КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ (НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ) УПЛОТНЕННОГО СНЕЖНО-ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ................................................................56 2.1. Методы и средства контроля физико-механических свойств природных твердых сред посредством пенетрации и зондирования .....56 2.2. Обоснование выбора прототипа прибора контроля прочности (несущей способности) уплотненного снежно-ледяного покрова грунтовых аэродромов и автодорог ............................................................61 2.2.1. Основные результаты обзора зарубежного опыта в области полевых испытаний природных сред методами пенетрации и зондирования..................... 65 2.2.2. Результаты анализа известных средств контроля ФМС различных твердых сред методами динамического зондирования и пенетрации .................. 72 2.2.3. Описание конструкции прототипа прибора контроля прочности (несущей способности) уплотненного снежно-ледяного покрова ........................ 75 2.3. Измерительный прибор твердомер и метод оперативного полевого контроля прочности (несущей способности) уплотненного снежно-ледяного покрова на дорожных и аэродромных покрытиях ......76 2.3.1. Обоснование выбора величины угла при вершине конического индентора и его высоты............................................................................................. 82 2.4. Метод контроля прочности (несущей способности) уплотненного снежно-ледяного покрова грунтовых аэродромов и автодорог, реализуемый посредством использования твердомера предложенной конструкции...................................................................................................90 2.4.1. Натурные испытания нового твердомера. Обработка и анализ результатов испытаний прибора............................................................................... 93 2.5. Модернизированный твердомер для оперативного полевого контроля прочности (несущей способности) уплотненного снежно-ледяного покрова на дорожных и аэродромных покрытиях ....100 Глава 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ......................................107 3.1. Обоснование выбора режущего инструмента для разрушения прочных снежно-ледяных отложений.......................................................107 3.2. Конструкция измерительной установки – лабораторного стенда для испытания рабочих органов дорожных машин.................................111 3.2.1. Методика лабораторных экспериментальных исследований процесса взаимодействия режущего инструмента с разрушаемой средой с использованием стенда предлагаемой конструкции.......................................... 123
– 5 – 3.3. Конструкции измерительных преобразователей – тензометрических элементов ИП-1 и ИП-2..............................................126 3.3.1. Измерительный преобразователь – тензометрический элемент ИП-1 для контроля силы сопротивления разрушению прочных твердых сред полноразмерным рабочим инструментом.............................................................. 128 3.3.2. Система методов измерительного контроля силы сопротивления прочных твердых сред механическому разрушению полноразмерным режущим инструментом с использованием измерительного преобразователя ИП-1.............................................................................................. 145 3.3.3. Измерительный преобразователь – тензометрический элемент ИП-2 для контроля силы сопротивления разрушению твердых менее прочных сред масштабными моделями отвальных рабочих органов................. 149 3.3.4. Метод измерительного контроля силы сопротивления твердых менее прочных сред механическому разрушению отвальным рабочим органом с использованием ИП-2 ........................................................................................... 155 3.4. Измерительная установка – стенд для градуировки тензометрических элементов .....................................................................157 3.4.1. Метод градуировки тензометрических элементов с использованием измерительной установки – стенда предлагаемой конструкции......................... 160 3.5. Информационно-измерительный комплекс ......................................164 3.5.1. Анализ точности измерений...............................................................169 3.6. Учебно-научная лаборатория «Мерзлотоведение и испытания рабочего оборудования машин нефтегазового комплекса в условиях низких температур».................................................................176 Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С РАЗРУШАЕМОЙ СРЕДОЙ ................184 4.1. Определение необходимого числа опытов........................................185 4.2. Обоснование конструкции и основных геометрических параметров дискового режущего инструмента для разрушения прочных снежно-ледяных отложений.......................................................187 4.2.1. Испытания модернизированного лабораторного стенда и измерительного преобразователя ИП-1 на парафиновой пробе....................... 188 4.2.2. Экспериментальные лабораторные исследования процессов взаимодействия дискового режущего инструмента с прочными снежно-ледяными отложениями при поиске рациональных геометрических параметров инструмента ............................................................. 197 4.2.3. Обработка и анализ результатов первого этапа экспериментальных исследований ......................................................................... 200
– 6 – 4.3. Обоснование рациональных скоростных режимов работы дискового режущего инструмента при механическом разрушении прочных снежно-ледяных отложений.......................................................214 4.3.1. Обработка и анализ результатов второго этапа экспериментальных исследований ............................................................................................................ 217 4.4. Оценка влияния температуры окружающей среды и разрушаемого материала на величину силы сопротивления прочных СЛО резанию дисковым инструментом ............................................................................221 4.4.1. Обработка и анализ результатов третьего этапа экспериментальных исследований ......................................................................... 224 4.5. Оценка степени влияния радиуса закругления рабочей (режущей) кромки дискового инструмента на силовые и энергетические показатели процесса разрушения льда таким инструментом................228 4.5.1. Обработка и анализ результатов четвертого этапа экспериментальных исследований ......................................................................... 233 Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕЗАНИЮ ДИСКОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ............................................240 5.1. Краткое описание математической модели процесса взаимодействия дискового резца с разрушаемой средой .......................241 5.2. Методика расчета значений силы сопротивления прочных снежно-ледяных отложений резанию дисковым инструментом ...........245 5.2.1. Основные рекомендации к расчету значений составляющих силы сопротивления прочных СЛО резанию дисковым резцом типа А в блокированном режиме......................................................................................... 245 5.2.2. Пример расчета значений составляющих силы сопротивления прочных СЛО резанию дисковым резцом типа А в блокированном режиме..... 249 5.2.3. Пример расчета составляющих силы сопротивления прочных СЛО резанию дисковым резцом типа А в полублокированном режиме...................... 252 Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СНЕГООЧИСТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ДИСКОВЫМ РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ .........256 6.1. Применение метода измерительного контроля прочности (несущей способности) снежно-ледяных покрытий автодорог и аэродромов..............................................................................256 6.2. Применение методики лабораторных экспериментальных исследований процесса взаимодействия режущего инструмента с разрушаемой средой с использованием измерительной установки – модернизированного лабораторного стенда ............................................257
– 7 – 6.3. Применение системы методов измерительного контроля силы сопротивления прочных твердых сред механическому разрушению полноразмерным режущим инструментом с использованием ИП-1.....258 6.3.1. Применение метода «А» ................................................................................ 258 6.3.2. Применение метода «В» ................................................................................ 259 6.3.3. Применение метода «С» ................................................................................ 260 6.3.4. Применение метода «D»................................................................................ 261 6.4. Применение метода измерительного контроля силы сопротивления твердых менее прочных сред механическому разрушению отвальным рабочим органом с использованием ИП-2 .....262 6.5. Применение метода градуировки тензометрических элементов....263 6.6. Использование результатов реализации методов измерительного контроля силовых параметров режущего инструмента применительно к конструкциям высокоэффективного снегоочистительного оборудования..........................................................264 6.6.1. Конструкция сменного рабочего органа отвального типа, оснащенного дисковым режущим инструментом................................................. 264 6.6.2. Конструкция рабочего органа с дисковым инструментом для разрушения снежно-ледяного наката на дорожных покрытиях ................... 271 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...............................................................................................280 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................281
– 8 – ВВЕДЕНИЕ Транспортная система, объединяющая все регионы Российской Фе дерации, обеспечивает ее территориальную целостность, единство экономического пространства, а также является основой обеспечения внешнеэкономических связей нашего государства, его обороноспособности и национальной безопасности. Доля автомобильного транспорта в общем объеме перевозок грузов составляет 56 %, а в общем объеме пассажирских перевозок транспортом общего пользования – 60,8 %. Общая протяженность российской сети автодорог по состоянию на конец 2017 года составляет 1,508 млн км [1, 2]. Этого явно недостаточно для государства с площадью занимаемых территорий более 17 млн кв. км. Для сравнения: общая протяженность сети автодорог США 6,6 млн км, Китая – 4,1 млн км, Индии – 4,7 млн км [2]. В настоящее время в Российской Федерации реализуется Федераль ная программа «Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года», в соответствии с которой прогнозируется увеличение общей протяженности российской сети автодорог в 1,5 раза. Предполагаемый объем капитальных вложений на реконструкцию существующих и строительство новых автомобильных дорог в период 2013–2020 гг. составит 6601 млрд рублей, а в период 2021–2030 гг. – от 21624 до 25957 млрд рублей при инновационном варианте развития транспортной системы [1]. Другим стратегическим документом Российской Федерации в обла сти транспорта является Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России (2010–2020 годы)», в рамках которой заявлены подпрограммы «Автомобильные дороги» и «Гражданская авиация» [3]. Основными задачами подпрограммы «Автомобильные дороги» яв ляются увеличение протяженности автомобильных дорог федерального значения, соответствующих нормативным требованиям, а также обеспечение их устойчивого и безопасного функционирования. Подпрограмма «Гражданская авиация», наряду с прочими важней шими задачами, предусматривает развитие сети крупных международных и внутренних узловых аэропортов, а также развитие региональных сетей аэропортов, в том числе и в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока. Необходимость этого обусловлена ежегодно возрастающими объе мами перевозок грузов и пассажиров, а также стремительным развитием предприятий нефтегазового комплекса в указанных регионах. В связи с этим запланированы восстановление и реконструкция сети старых и строительство новых аэродромов и вертолетных площадок как с искусственным,
– 9 – так и с грунтовым и ледовым покрытиями. При строительстве указанных наземных авиационных объектов будет одновременно расширяться и сеть автомобильных дорог местного значения, в том числе и автозимников, обеспечивающих движение автотранспорта, строительных, дорожных машин и механизмов при комплексном освоении новых территорий и обустройстве месторождений полезных ископаемых, в том числе нефтяных и газовых. Мероприятия по активному освоению Арктических территорий Рос сийской Федерации, предписанные документом «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года» [4], предусматривают модернизацию и дальнейшее развитие инфраструктуры арктической транспортной системы с целью эффективного использования и развития ресурсной базы Арктической зоны Российской Федерации для обеспечения потребностей нашей страны в углеводородных, водных биоресурсах и других видах стратегического сырья. Расширению сети городских автомобильных дорог способствуют высокие темпы жилищного строительства. Увеличение протяженности автомобильных дорог различных катего рий, а также расширение сети действующих аэропортов повлечет за собой и увеличение объемов работ по содержанию этих объектов в пригодном для безопасной эксплуатации состоянии. Нормативными документами [5‒12] регламентируются высокие значения основных показателей эксплуатационного состояния покрытий: чистоты, ровности, прочности (несущей способности), коэффициента сцепления и др., оказывающих решающее влияние на уровень безопасности дорожного движения, аварийности на автодорогах, травматизма участников дорожного движения, безопасности выполнения воздушными судами взлетно-посадочных операций. Наиболее ответственным и сложным этапом сезонной эксплуатации дорог и аэродромов является зимнее содержание покрытий, которое может осуществляться двумя способами: содержанием покрытий в накате – под слоем выпадающего и искусственно уплотняемого снега и предотвращением образования и устранением образовавшихся на искусственных покрытиях снежно-ледяных отложений (СЛО). Физико-механические свойства этой природной среды: плотность, температура, прочность, сопротивление срезу, толщина слоя СЛО и др. имеют нестабильный характер и непрерывно изменяются во времени в зависимости от количества выпадающего снега, температуры и влажности воздуха, кристаллографической структуры СЛО, интенсивности и скорости движения транспортных средств и воздушных судов, величины уплотняющей нагрузки и др.