Вопрос №18. Схема взаимодействия цилиндрической щетки с дорожным покрытием (работа ворса).

Цилиндрические щетки, отделяя загрязнения, могут направлять их непосредственно в транспортирующие устройства или поднимать на вы­соту, определяемую конструктивными соображениями, и подавать в бун­кер машины. Конструкции этих щеток различаются расположением вор­са на каркасе. В щетках первого вида ворс размещен равномерно; щет­ки второго вида собраны из отдельных, обычно шести—восьми метелок (рис. 14).

Рис. 14. Схема взаимо­действия цилиндрической щетки:

I — начало контакта ворса с покрытием; II — квазивер­тикальное расположение ворса; III - конец контакта ворса с покрытием; IV — ко­нец выпрямления ворса

При взаимодействии цилиндрической щетки с дорожным покры­тием можно выделить четыре характерных положения отдельных прутков ворса (рис. 14). В начале контакта очередного прутка ворса с дорогой (положение I) под действием растягивающей центробежной силы он занимает радиальное положение под углом β1 к вертикальной оси. По мере дальнейшего поворота щетки с уг­ловой скоростью ω происходит изгиб прутка и накапливание в нем потенциальной энергии упругой деформации (положение II), при этом ворс перемещает своими концами загрязнения вдоль дорожного покрытия. В конечный момент контакта с дорогой пруток находится в изогнутом состоянии (положение III), затем резко разгибается, отбрасывая загрязнения и смет со скоростью vc под углом α= 20° к горизонту и вновь занимая радиальное по­ложение (IV). За время возврата прутка ворса в радиальное положение щетка успевает совершить поворот на некоторый угол λ. Радиальное положение IV является средним, относительно кото­рого пруток определенное время совершает затухающие изгибные колебания в плоскости вращения щетки. Начальная скорость отбрасывания смета определяется скоростью выпрямления ворса, которую можно найти по эмпирической зависимости vc = 1,5ωR + 1,6 м/с, где ω—угловая скорость щетки, рад/с; R — радиус вращения щетки, м. При движении машины скорость отбрасыва­ния смета определяется геометрической суммой скоростей вы­прямления ворса и поступательного движения машины (м/с): .

Для определения силовых и энергетических параметров рабо­чего процесса цилиндрической подметальной щетки рассмотрим изгиб прутка ворса в квазивертикальном положении, когда каса­тельная к прутку в начале координат точки О, совпадающей с точкой заделки ворса в барабан, направлена вертикально вдоль оси у и начальный угол в месте заделки φ0 = π/2 (положение II). Можно принять обоснованное экспериментально допущение, что этому положению прутка ворса соответствует максимальная вер­тикальная реакция Pi его взаимодействия с дорожным покрытием. Кроме силы Pi на конец прутка действует внешняя горизонталь­ная сила трения его о дорожное покрытие, равная Рifв, где fв — коэффициент трения ворса о дорожное покрытие, для высокоугле­родистой стальной проволоки fв = 0,34, для малоуглеродистой fв = 0,4, для синтетического ворса fв = 0,41. Действующими на пруток ворса инерционными силами и собственной силой тяжести пренебрегаем. Изгибающий момент (Н·м), в произвольном по­перечном сечении прутка с координатами и у)

M i = P i (x к- x) + P i f в(yк- y),

где x к — расстояние между концом прутка и вертикальной осью у; yк— расстоя­ние между ободом барабана и горизонтальной поверхностью дороги, ук = S—h (S — свободная длина прутка ворса, S = R — Rб, Rбрадиус барабана ци­линдрической щетки; h — деформация ворса).

Дифференциальное уравнение, описывающее форму изогнутого упругого прутка ворса:

где φ — текущий угол между касательной к прутку и горизонталью; Мi — еди­ничный изгибающий момент, Н·м; Е — модуль упругости ворса, для стальной проволоки Е = 2,1-106 МПа, для синтетического ворса Е = (7,1 8) 103 МПа; J — момент инерции поперечного сечения прутка относительно оси, перпенди­кулярной к плоскости вращения, для ворса круглого сечения J = 0,25π ; rв — радиус поперечного сечения прутка.

Тогда

Используя выражение θ = π/2 — φ; θ К = π /2 — φК; dy = dS sin φ = = dS cos θ, получим

,

,

где φк, θК — углы наклона соответственно к горизонтали и вертикали касатель­ной к концу прутка ворса.

В результате интегрирования для среднего значения коэф­фициента трения fв получим в общем виде

Pi = 0,691EJS6/y

Предельный угол поворота торцового сечения прутка ворса

θк = arcsin[0,21(S/yк)10],

откуда следует ограничение

sin θк ≤ 1; ук ≥ 0,85S.

При деформации ворса щетки h = S ук больше предельно допустимой, т. е. при h > 0,15S, ворс или начинает скользить по дорожному покрытию боковой стороной, уменьшая тем самым свободную длину S до величины, обеспечивающей указанное выше неравенство, или, в особых случаях, вступает в силу другой, более сложный закон изгибной деформации ворса.

При интегрировании в пределах угла β поворота щетки от начала до конца контакта прутка ворса с дорожным покрытием за время контакта t = β /ω имеем среднее значение вертикальной реакции Рср = , где — интегральный коэффициент, мо­жно принять 0,6.

Суммарная вертикальная реакция (Н)

Р = 0,17EJ .

Для определения момента упругой деформации ворса цилиндри­ческой щетки воспользуемся полученным ранее выражением для dS и преобразуем его к виду:

.

Тогда реактивный момент (Н·м) сопротивления прутка ворса изгибной деформации в месте заделки в барабан при φ = φ 0 = π/2 будет

.

Для цилиндрической щетки в целом после подстановки значе­ния Pi получим

М = 0,583EJ ,

где К = sin θк = 0,21 (S/ yк)10.








Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 2716;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.