Вопрос 22. Баланс мощности подметально-уборочной машины.

Мощность, затрачиваемая на работу специального оборудования машины, зависит от особенностей конструкции машины и прежде все­го от типа применяемого транспортирующего устройства. Поэтому ре­комендации по определению мощности машин, снабженных транспорте­рами различной конструкции, рассматриваются раздельно.

Мощность, необходимая для работы машины, снабженной одной или двумя лотковыми щетками, цилиндрической щеткой-подборщиком и транспортирующим устройством механического или пневматическо­го типа,

где - мощность, необходимая для работы главной щетки-подборщика; - мощность, необходимая для работы лотковой или лотковых щеток; - мощность, необходимая для работы транспортирующего устройства; -мощность, необходимая для работы системы увлажнения; — мощность, необ­ходимая для движения машины.

При определении отдельных составляющих суммарной мощности рекомендуется использовать следующую методику.

Мощность для привода цилиндрической щетки подборщика

,

где - мощность, затрачиваемая на преодоление трения ворса щетки о поверх­ность дорожного покрытия; - мощность, затрачиваемая на деформирова­ние ворса щетки; N_B - потери мощности на преодоление сопротивления возду­ха; - мощность, необходимая для отделения загрязнений и отбрасывания их.

В свою очередь, перечисленные составляющие мощности определяют по следующим формулам.

Мощность (кВт), затрачиваемая на преодоление трения ворса щетки о поверхность дорожного покрытия,

,

где Р - вертикальная реакция дороги, действующая на ворс щетки, Н; - коэф­фициент трения ворса о дорожное покрытие; - скорость концов ворсинок щетки, м/с, г) - КПД передачи от двигателя к щетке; - КПД главной пере­дачи автомобиля.

Вертикальная реакция Р приближенно определяется с использовани­ем известных значений длины ворсинок S и у = S - AL:

где - силовой параметр, 1/м; - интегралы, являющиеся функцией коэффи­циента К; который характеризует особенности деформации ворсинки.

Силовой параметр (1/м)

), где EJ - жесткость ворсинки, Н'М^;; Р - вертикальная реакция, действующая на каждую ворсинку, Н.

Значения интегралов и коэффициентов К определяют по следующим

формулам:

Используя известные значения S и у, коэффициент К определяют по уравнению

Приведенные формулы дают возможность определить верти­кальную реакцию, действующую на ворсинку, подвергнутую дефор­мации ДА. Полная реакция Р (Н) , действующая на щетку,

Коэффициент трения ворса о дорожное покрытие для стального ворса = 0,35-0,4, для ворса из капронового моноволокна = 0,4. Мощность , затрачиваемая на деформирование ворса,

,

где - момент, обеспечивающий деформацию ворса, (здесь ); - угловая скорость цилиндрической щетки, рад/с.

При работе щетки первого вида, т. е. со сплошным равномерным распределением ворса на сердечнике, потерями мощности на преодоле­ние сопротивления воздуха обычно пренебрегают и считают N_B = 0. Из­мерения показывают, что отделение загрязнений и отбрасывание их происходит за счет потенциальной энергии, накапливаемой при деформа­ции ворса щетки. Поэтому обычно принимают N₀ = 0.

Параметры цилиндрической щетки, составленной из метелок, в пер­вом приближении можно рассчитывать аналогично параметрам воздуш­ного тормоза.

Момент сопротивления (Н*м), создаваемый каждой метелкой,

,

где с - коэффициент сопротивления метелки, которую можно принять за плос­кую пластинку; принимается с = 2,56; S_M - площадь боковой поверхности метел­ки, м²; р - плотность воздуха, кг/м³; - расстояние центра тяжести от оси вращения, м; - окружная скорость центра тяжести поверхности метелки, м/с.

Потери мощности (кВт) на преодоление сопротивления воздуха

Мощность, необходимую для работы лотковой щетки, определяют по приближенному методу расчета, при разработке которого был принят ряд допущений. Полученные уравнения были решены численным ин­тегрированием, результаты которого представлены графическими зави­симостями (рис. 16).

Рис. 16 Графики :

1 - при q = 2,5; 2 - при q = 3; 3 - при q = 4; 4 - при q = 5; 5 - при q = 7,5; 6 – при q =10; 7- при q = 12,5; 8 – при q = 15

По заданным параметрам и режиму работы лотковой щетки опреде­ляют: распределенную по ворсинке центробежную силу q _ср (Н/см) дейст­вующую на ворсинку,

;

(где т - масса ворсинки, кг; ω - угловая скорость щетки, рад/с; - расстояние от оси щетки до середины ворсинки, см; l - длина ворсинки, см)

и силовые коэффициенты и (1/см )

;

где EJ - жесткость ворсинки, Н* см².

После соответствующих преобразований получим

Приведенные на рис. 16 графики, выражающие зависимости , методом подбора численно равных значений К и q позволяют определить приближенное их значение.

Далее по найденному значению q определяют действующую на каж­дую ворсинку вертикальную реакцию

Зная характер изменения вертикальной реакции, действующей' на каждую ворсинку в зависимости от угла ее поворота, можно считать, что .

Суммарную вертикальную реакцию, действующую на ворс щетки, приближенно можно определить по формуле

где - число ворсинок щетки, находящихся в контакте с дорожным покрыти­ем, при правильной установке щетки .

Мощность, необходимая для преодоления силы трения при работе лотковой щетки

,

где - среднее расстояние от оси щетки до точки приложения реакции.

Кроме того, при работе щетки затрачивается энергия на деформацию ворса. Эту энергию можно определить на основании полученных ранее величин К, β и q.

Момент, необходимый для деформации ворса,

,

где ; ; - угол, составленный ворсинкой в месте ее за­крепления на горизонтальной оси.

Если считать, что , и момент изменяется приблизительно по линейному закону, то мощность, необходимая для деформирования,

.

Таким образом, для привода лотковой щетки потребуется мощность

Обычно мощность, необходимая для привода устройства для транс­портирования смета с помощью конвейера

где N_K - мощность, необходимая для привода конвейера; - мощность, необ­ходимая для привода шнека.

Такая схема транспортирования является наиболее распространен­ной, так как подборщик, обычно выполненный большей ширины, чем конвейер, направляет смет на шнек, который сдвигает его к оси машины в место расположения конвейера.

Мощность, необходимая для привода конвейера,

,

где - скорость конвейера, м/с; - сила сопротивления движению конвейе­ра, Н, (_q_CM - распределенная нагруз­ка от перемещаемого конвейером смета, Н/м; - коэффициент трения смета о детали конвейера; q_K - распределенная нагрузка от деталей конвейера, Н/м; - коэффициент сопротивления движению цепи конвейера; L_K — длина кон­вейера, м; - угол наклона конвейера; Н - высота подъема смета конвейером, м; К - коэффициент, характеризующий сопротивления, возникающие в привод­ных элементах конвейера) ; - КПД передачи от двигателя к конвейеру.

Мощность, необходимая для привода шнека,

,

где - подача шнека, т/ч; L_CM - расстояние, на которое перемещают смет,м; - коэффициент сопротивления при транспортировании смета, ; -КПД передачи от двигателя к шнеку.

В свою очередь, подача шнека (кг/мин)

.

где - шаг шнека, м; п - частота вращения шнека, об/мин, ;ψ - коэффициент заполнения шнека материалом, обычно принимается рав­ным ψ— 0,2-0,3; - диаметр шнека, м.

На основании предварительных приближенных расчетов необходи­мо подобрать вентилятор, руководствуясь следующими рекоменда­циями.

Показатель нагруженности транспортирующей системы

где - масса воздуха, проходящего через трубопровод в единицу времени; ^_ масса смета, перемещаемых транспортером в единицу времени.

При транспортирующая система работает надежно.

Обычно суммарное сопротивление, возникающее во время транс­портирования смета по пневмоприводу не превышает 4000-5000 Па.

Далее следует определить режимы работы вентилятора путем пост­роения характеристики трубопровода. Для этого на основании приве­денных рекомендаций следует в координатах Н и Q построить характе­ристики вентилятора и сети; Н = Q²k.

Точка пересечения характеристик вентилятора и сети позволит оп­ределить режимы его работы, т. е. δ и H, а также частоту вращения п.

Мощность, необходимая для привода вентилятора,

,

где Q - производительность вентилятора, м³/с; р - давление, МПа; - КПД передачи от двигателя к вентилятору; - КПД вентилятора.

Мощность, необходимая для работы системы увлажнения или, другими словами, для привода насоса, создающего давление в сети для увлажнения,

где р_н — давление при входе в форсунку, принимают р_н > 0,15-0,2 МПа; -КПД передачи от насоса к двигателю; - КПД насоса.

Значение устанавливают на основании рекомендаций, приведен­ных выше и относящихся к определению вместимости резервуара для воды.

С известным запасом принимают, что масса машины включает пол­ную загрузку машины сметом и 0,5 вместимости резервуара для воды.